JP7324225B2 - Method for producing masterbatch and rubber composition containing anion-modified cellulose nanofibers - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム成分およびアニオン変性セルロースナノファイバーを含有するマスターバッチおよびゴム組成物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a masterbatch and a rubber composition containing a rubber component and anion-modified cellulose nanofibers.
ゴムとセルロース系繊維を含むゴム組成物は優れた機械強度を有することが知られている。例えば、特許文献1には平均繊維径が0.5μm未満のセルロース短繊維とゴムラテックスとを撹拌混合して得られるゴム/短繊維のマスターバッチが記載されている。当該文献によれば、平均繊維径が0.5μm未満の短繊維を水中でフィブリル化させた分散液とゴムラテックスと混合して乾燥させることにより短繊維をゴム中に均一に分散させたゴム/短繊維のマスターバッチからゴム補強性と耐疲労性のバランスに優れるゴム組成物を製造できるとされる。 Rubber compositions containing rubber and cellulosic fibers are known to have excellent mechanical strength. For example, Patent Document 1 describes a rubber/short fiber masterbatch obtained by stirring and mixing short cellulose fibers having an average fiber diameter of less than 0.5 μm and rubber latex. According to the document, a dispersion of short fibers having an average fiber diameter of less than 0.5 μm fibrillated in water is mixed with rubber latex and dried to produce a rubber/ It is said that a rubber composition having an excellent balance between rubber reinforcement and fatigue resistance can be produced from a short fiber masterbatch.
セルロースをフィブリル化して平均繊維径をナノオーダー(1.0μm未満)まで低下させる方法としては、一般的に高圧ホモジナイザーを用いる方法が知られている。高圧ホモジナイザーは、高いエネルギーを被処理体に簡便に与えることができる点で優れているが、セルロースをナノオーダーの平均繊維径まで低下させるには通常非常に高い圧力が必要であり、消費電力量が高くなる。高圧ホモジナイザーに代わる低電力消費量でセルロースをナノオーダーの平均繊維径まで解繊させることができる方法があれば、平均繊維径の小さいフィブリル化セルロースを含むゴム組成物を製造する際により低コストで製造できるようになるため、望ましい。 As a method for fibrillating cellulose to reduce the average fiber diameter to nano-order (less than 1.0 μm), a method using a high-pressure homogenizer is generally known. High-pressure homogenizers are excellent in that they can easily apply high energy to the object to be treated, but they usually require extremely high pressure to reduce cellulose to nano-order average fiber diameters, and power consumption is reduced. becomes higher. If there is a method that can defibrate cellulose to a nano-order average fiber diameter with low power consumption in place of a high-pressure homogenizer, it will be possible to produce a rubber composition containing fibrillated cellulose with a small average fiber diameter at a lower cost. It is desirable because it enables manufacturing.
また、ゴムにセルロース短繊維を混合する際、短繊維が不均質である場合、具体的には、解繊しきれていない大きい繊維が残存している場合、得られるゴム組成物に力を加えた場合に、大きい繊維が残存している部分を起点にゴムが破断しやすくなる。したがって、ゴムと混合するセルロース系繊維は、均質であることが好ましい。 Further, when mixing short cellulose fibers with rubber, if the short fibers are heterogeneous, specifically, if large fibers that have not been completely defibrated remain, force is applied to the resulting rubber composition. In this case, the rubber tends to break starting from the portion where the large fibers remain. Therefore, it is preferred that the cellulosic fibers that are mixed with the rubber are homogeneous.
本発明者らは鋭意検討を行った結果、セルロースをアニオン変性してアニオン変性セルロースとし、これを、キャビテーション噴流装置を用いて解繊することにより、高圧ホモジナイザーに比べて少ない電力消費量で、ナノオーダーの平均繊維径を有するアニオン変性セルロース(アニオン変性セルロースのナノファイバー)を得ることができることを見出した。また、このアニオン変性セルロースのナノファイバーをゴム組成物中に含有させることにより、ゴム組成物の強度を高めることができることを見出した。本発明は、これらに限定されないが、以下を含む。
(1)アニオン変性セルロースを準備する工程1、
キャビテーション噴流装置を用いてアニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを製造する工程2、及び
工程2で得られたアニオン変性セルロースナノファイバーをゴム成分と混合してマスターバッチを得る工程3、
を含む、マスターバッチの製造方法。
(2)キャビテーション噴流装置が、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生ずるキャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力をアニオン変性セルロースに与えるものであり、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射する液体噴流の上流側圧力が0.01MPa以上30.00MPa以下であり、下流側圧力/上流側圧力の比が0.001~0.500である、(1)に記載の方法。
(3)アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有するセルロースである、(1)または(2)に記載の方法。
(4)アニオン変性セルロースにおけるカルボキシル基量が、アニオン変性セルロースの絶乾質量に対して、0.4mmol/g~3.0mmol/gである、(3)に記載の方法。
(5)アニオン変性セルロースが、カルボキシメチル基を有するセルロースである、(1)または(2)に記載の方法。
(6)アニオン変性セルロースにおけるカルボキシメチル置換度が、0.01以上0.40未満である、(5)に記載の方法。
(7)ゴム成分が、ジエン系ゴムポリマーを含む、(1)~(6)のいずれか1つに記載の方法。
(8)(1)~(7)のいずれか1つに記載の方法でマスターバッチを製造する工程、および
前記マスターバッチを架橋する工程
を含む、ゴム組成物の製造方法。As a result of intensive studies by the present inventors, cellulose is anion-modified to obtain anion-modified cellulose, and this is defibrated using a cavitation jet device. It was found that anion-modified cellulose (anion-modified cellulose nanofibers) having an average fiber diameter of the order of magnitude can be obtained. Further, the present inventors have found that the strength of the rubber composition can be increased by including the anion-modified cellulose nanofibers in the rubber composition. The invention includes, but is not limited to:
(1) Step 1 of preparing anion-modified cellulose,
Step 2 of defibrating anion-modified cellulose to produce anion-modified cellulose nanofibers using a cavitation jet device, and Step 3 of mixing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in step 2 with a rubber component to obtain a masterbatch. ,
A method of manufacturing a masterbatch, comprising:
(2) The cavitation jet device imparts an impact force to the anion-modified cellulose when the cavitation bubbles generated by the liquid jet jetted through the nozzle or orifice collapse, and the upstream pressure of the liquid jet jetted through the nozzle or orifice is The method according to (1), wherein the pressure is 0.01 MPa or more and 30.00 MPa or less, and the downstream pressure/upstream pressure ratio is 0.001 to 0.500.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the anion-modified cellulose is cellulose having a carboxyl group.
(4) The method according to (3), wherein the amount of carboxyl groups in the anion-modified cellulose is 0.4 mmol/g to 3.0 mmol/g relative to the absolute dry mass of the anion-modified cellulose.
(5) The method according to (1) or (2), wherein the anion-modified cellulose is cellulose having a carboxymethyl group.
(6) The method according to (5), wherein the degree of carboxymethyl substitution in the anion-modified cellulose is 0.01 or more and less than 0.40.
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the rubber component comprises a diene-based rubber polymer.
(8) A method for producing a rubber composition, comprising a step of producing a masterbatch by the method according to any one of (1) to (7), and a step of cross-linking the masterbatch.
フィブリル化に用いるセルロースをアニオン変性セルロースとし、これを、キャビテーション噴流装置を用いて解繊することにより、高圧ホモジナイザーを用いた場合に比べて少ない電力消費量で、ナノオーダーの平均繊維径を有するアニオン変性セルロースナノファイバーを得ることができる。また、このアニオン変性セルロースのナノファイバーをゴム組成物中に含有させることにより、ゴム組成物の強度を高めることができる。 Cellulose used for fibrillation is anion-modified cellulose, and this is fibrillated using a cavitation jet device, thereby producing anions having a nano-order average fiber diameter with less power consumption than when using a high-pressure homogenizer. A modified cellulose nanofiber can be obtained. In addition, the strength of the rubber composition can be increased by including the anion-modified cellulose nanofibers in the rubber composition.
また、ゴム組成物にセルロース繊維を配合する際、未解繊の繊維が多く残存するなど、不均質であると、最終製品であるゴム組成物において、未解繊の大きい繊維を起点として破断しやすいといった問題が生じ得るが、アニオン変性セルロースをキャビテーション噴流装置を用いて解繊して得たアニオン変性セルロースナノファイバーは、均質であるため、上記の問題が生じにくい。 In addition, when cellulose fibers are blended into a rubber composition, if the rubber composition is heterogeneous, such as a large amount of unfibrillated fibers remaining, in the final rubber composition, large unfibrillated fibers may be the starting points for breakage. However, since anion-modified cellulose nanofibers obtained by defibrating anion-modified cellulose using a cavitation jet apparatus are homogeneous, the above-mentioned problem is less likely to occur.
本発明は、アニオン変性セルロースナノファイバーとゴム成分とを含有するマスターバッチおよびゴム組成物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a masterbatch and a rubber composition containing anion-modified cellulose nanofibers and a rubber component.
(1)工程1
工程1では、アニオン変性セルローを準備する。アニオン変性セルロースとは、セルロースの分子鎖にアニオン性基が導入されたものである。具体的には酸化または置換反応によってセルロースのピラノース環にアニオン性基を導入したものである。(1) Process 1
In step 1, anion-modified cellulose is provided. Anion-modified cellulose is obtained by introducing an anionic group into the molecular chain of cellulose. Specifically, an anionic group is introduced into the pyranose ring of cellulose by oxidation or substitution reaction.
(1-1)セルロース
アニオン変性セルロースの原料となるセルロースの種類は、特に限定されない。セルロースは、一般に起源、製法等から、天然セルロース、再生セルロース、微細セルロース、非結晶領域を除いた微結晶セルロース等に分類される。本発明では、これらのセルロースのいずれも、原料として用いることができる。(1-1) Cellulose The type of cellulose used as a raw material for anion-modified cellulose is not particularly limited. Cellulose is generally classified into natural cellulose, regenerated cellulose, fine cellulose, microcrystalline cellulose excluding non-crystalline regions, etc., according to its origin, production method, and the like. Any of these celluloses can be used as a raw material in the present invention.
天然セルロースとしては、晒パルプまたは未晒パルプ(晒木材パルプまたは未晒木材パルプ);リンター、精製リンター;酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等が例示される。晒パルプ又は未晒パルプの原料は特に限定されず、例えば、木材、木綿、わら、竹、麻、ジュート、ケナフ等が挙げられる。また、晒パルプ又は未晒パルプの製造方法も特に限定されず、機械的方法、化学的方法、あるいはその中間で二つを組み合せた方法でもよい。製造方法により分類される晒パルプ又は未晒パルプとしては例えば、メカニカルパルプ(サーモメカニカルパルプ(TMP)、砕木パルプ)、ケミカルパルプ(針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)等の亜硫酸パルプ、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)等のクラフトパルプ)等が挙げられる。さらに、製紙用パルプの他に溶解パルプを用いてもよい。溶解パルプとは、化学的に精製されたパルプであり、主として薬品に溶解して使用され、人造繊維、セロハンなどの主原料となる。 Examples of natural cellulose include bleached or unbleached pulp (bleached wood pulp or unbleached wood pulp); linters, purified linters; cellulose produced by microorganisms such as acetic acid bacteria. Raw materials for bleached or unbleached pulp are not particularly limited, and examples thereof include wood, cotton, straw, bamboo, hemp, jute, and kenaf. Also, the method for producing the bleached pulp or the unbleached pulp is not particularly limited, and may be a mechanical method, a chemical method, or a combination of the two. Examples of bleached pulp or unbleached pulp classified by manufacturing method include mechanical pulp (thermomechanical pulp (TMP), groundwood pulp), chemical pulp (softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP) ), softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP) and other kraft pulps). Further, dissolving pulp may be used in addition to paper pulp. Dissolving pulp is pulp that has been chemically refined, and is mainly used by dissolving it in chemicals, and serves as a main raw material for artificial fibers, cellophane, and the like.
再生セルロースとしては、セルロースを銅アンモニア溶液、セルロースザンテート溶液、モルフォリン誘導体など何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸されたものが例示される。 Examples of regenerated cellulose include those obtained by dissolving cellulose in some solvent such as cuprammonium solution, cellulose xanthate solution, and morpholine derivative, and spinning again.
微細セルロースとしては、上記天然セルロースや再生セルロースをはじめとする、セルロース系素材を、解重合処理(例えば、酸加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等)して得られるものや、前記セルロース系素材を、機械的に処理して得られるものが例示される。 The fine cellulose is obtained by subjecting cellulosic materials such as the natural cellulose and regenerated cellulose to depolymerization (for example, acid hydrolysis, alkaline hydrolysis, enzymatic decomposition, explosion treatment, vibration ball mill treatment, etc.). and those obtained by mechanically processing the above cellulosic materials.
(1-2)アニオン変性
アニオン変性とはセルロースにアニオン性基を導入することをいい、具体的には酸化または置換反応によってセルロースのピラノース環にアニオン性基を導入することをいう。本発明において前記酸化反応とはピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応をいう。(1-2) Anion Modification Anion modification refers to the introduction of an anionic group into cellulose, specifically the introduction of an anionic group into the pyranose ring of cellulose by oxidation or substitution reaction. In the present invention, the oxidation reaction means a reaction of directly oxidizing a hydroxyl group of a pyranose ring to a carboxyl group. Further, in the present invention, a substitution reaction means a reaction for introducing an anionic group into a pyranose ring by a substitution reaction other than the oxidation.
(1-2-1)カルボキシル化(酸化)
アニオン変性の一例として、カルボキシル化(カルボキシル基のセルロースへの導入、「酸化」とも呼ぶ。)を挙げることができる。本明細書においてカルボキシル基とは、-COOH(酸型)および-COOM(金属塩型)をいう(式中、Mは金属イオンである)。カルボキシル化セルロース(「酸化セルロース」とも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されないが、カルボキシル基の量はアニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、0.4mmol/g~3.0mmol/gが好ましく、0.6mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましく、1.0mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましく、1.1mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましい。(1-2-1) carboxylation (oxidation)
An example of anionic modification is carboxylation (introduction of carboxyl groups to cellulose, also referred to as "oxidation"). As used herein, a carboxyl group refers to -COOH (acid form) and -COOM (metal salt form) (wherein M is a metal ion). Carboxylated cellulose (also referred to as “oxidized cellulose”) can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above cellulose raw material by a known method. Although not particularly limited, the amount of carboxyl groups is preferably 0.4 mmol/g to 3.0 mmol/g, more preferably 0.6 mmol/g to 2.0 mmol, relative to the absolute dry mass of anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers. /g, more preferably 1.0 mmol/g to 2.0 mmol/g, and even more preferably 1.1 mmol/g to 2.0 mmol/g.
アニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、以下の方法で測定することができる:
カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出する:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。The carboxyl group content of anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers can be measured by the following method:
60 ml of a 0.5% by mass slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared, and 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. and calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid, where the change in conductivity is gradual, using the following formula:
Carboxyl group amount [mmol/g carboxylated cellulose]=a [ml]×0.05/carboxylated cellulose mass [g].
カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO-)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。As an example of a carboxylation (oxidation) method, a cellulose feedstock is oxidized in water with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides, and mixtures thereof. You can mention how to do it. This oxidation reaction selectively oxidizes the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface, resulting in a cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (-COOH) or carboxylate group ( -COO- ) on the surface. can be obtained. Although the concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, it is preferably 5% by mass or less.
N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であればいずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol~10mmolが好ましく、0.01mmol~1mmolがより好ましく、0.05mmol~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1mmol/L~4mmol/L程度がよい。 An N-oxyl compound means a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction. Examples include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivatives (eg 4-hydroxy TEMPO). The amount of the N-oxyl compound to be used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize the raw material cellulose. For example, it is preferably 0.01 mmol to 10 mmol, more preferably 0.01 mmol to 1 mmol, even more preferably 0.05 mmol to 0.5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. Further, it is preferable that the concentration is about 0.1 mmol/L to 4 mmol/L with respect to the reaction system.
臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol~100mmolが好ましく、0.1mmol~10mmolがより好ましく、0.5mmol~5mmolがさらに好ましい。当該変性は酸化反応による変性である。 Bromides are compounds containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can be dissociated and ionized in water. Also, iodides are compounds containing iodine, examples of which include alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide to be used can be selected within a range capable of promoting the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 mmol to 100 mmol, more preferably 0.1 mmol to 10 mmol, and even more preferably 0.5 mmol to 5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. The modification is modification by an oxidation reaction.
酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムは好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol~500mmolが好ましく、0.5mmol~50mmolがより好ましく、1mmol~25mmolがさらに好ましく、3mmol~10mmolが最も好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1mol~40molが好ましい。 Known oxidizing agents can be used, for example, halogens, hypohalous acids, halogenous acids, perhalogenates or salts thereof, halogen oxides, peroxides and the like can be used. Among them, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has less environmental load. An appropriate amount of the oxidizing agent to be used is, for example, preferably 0.5 mmol to 500 mmol, more preferably 0.5 mmol to 50 mmol, even more preferably 1 mmol to 25 mmol, and most preferably 3 mmol to 10 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. . Further, for example, 1 mol to 40 mol is preferable with respect to 1 mol of the N-oxyl compound.
セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4℃~40℃が好ましく、また15℃~30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間~6時間、例えば、0.5時間~4時間程度である。 The oxidation process of cellulose allows the reaction to proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4°C to 40°C, and may be room temperature of about 15°C to 30°C. Since carboxyl groups are generated in the cellulose as the reaction progresses, the pH of the reaction solution decreases. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution at about 8-12, preferably about 10-11. Water is preferable as the reaction medium because it is easy to handle and less likely to cause side reactions. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours to 6 hours, for example, about 0.5 hours to 4 hours.
また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 Moreover, the oxidation reaction may be carried out in two stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the reaction in the first step, again under the same or different reaction conditions, the reaction can be efficiently It can be oxidized well.
カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50g/m3~250g/m3であることが好ましく、50g/m3~220g/m3であることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1質量部~30質量部であることが好ましく、5質量部~30質量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0℃~50℃であることが好ましく、20℃~50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1分~360分程度であり、30分~360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶剤中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。Another example of the carboxylation (oxidation) method is a method of oxidizing by contacting a cellulose raw material with an ozone-containing gas. This oxidation reaction oxidizes at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose ring and causes degradation of the cellulose chain. The ozone concentration in the gas containing ozone is preferably 50 g/m 3 to 250 g/m 3 , more preferably 50 g/m 3 to 220 g/m 3 . The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by mass. . The ozone treatment temperature is preferably 0°C to 50°C, more preferably 20°C to 50°C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 minute to 360 minutes, preferably about 30 minutes to 360 minutes. When the ozone treatment conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved. After the ozone treatment, additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but examples include chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. For example, these oxidizing agents can be dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and the cellulose raw material can be immersed in the solution for additional oxidation treatment.
酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。酸化セルロースにおけるカルボキシル基量と同酸化セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシル基量は、通常、同じである。 The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time. The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose and the amount of carboxyl groups when the oxidized cellulose is used as nanofibers are usually the same.
(1-2-2)カルボキシアルキル化
アニオン変性の一例として、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基の導入を挙げることができる。本明細書においてカルボキシアルキル基とは、-RCOOH(酸型)および-RCOOM(金属塩型)をいう。ここでRはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基であり、Mは金属イオンである。(1-2-2) Carboxyalkylation An example of anion modification is the introduction of a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group. As used herein, a carboxyalkyl group refers to -RCOOH (acid form) and -RCOOM (metal salt form). Here, R is an alkylene group such as a methylene group or ethylene group, and M is a metal ion.
カルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.40未満であることが好ましい。さらにアニオン性基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.40未満であることが好ましい。当該置換度が0.40以上であるとセルロースの結晶性が低下する。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02以上0.35以下であることが特に好ましく、0.10以上0.35以下であることが更に好ましく、0.15以上0.35以下であることが更に好ましく、0.15以上0.30以下であることが更に好ましい。なお、無水グルコース単位とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)を意味し、カルボキシアルキル置換度とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基(-OH)のうちカルボキシアルキルエーテル基(-ORCOOHまたは-ORCOOM)で置換されているものの割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシアルキルエーテル基の数)を示す。 Carboxyalkylated cellulose may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. Preferably, the degree of carboxyalkyl substitution per anhydroglucose unit of the cellulose is less than 0.40. Furthermore, when the anionic group is a carboxymethyl group, the degree of carboxymethyl substitution is preferably less than 0.40. When the degree of substitution is 0.40 or more, the crystallinity of cellulose is lowered. Also, the lower limit of the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more. Considering the workability, the degree of substitution is particularly preferably 0.02 or more and 0.35 or less, more preferably 0.10 or more and 0.35 or less, and 0.15 or more and 0.35 or less. is more preferable, and more preferably 0.15 or more and 0.30 or less. The anhydroglucose unit means an individual anhydroglucose (glucose residue) constituting cellulose, and the degree of carboxyalkyl substitution refers to the hydroxyl group (—OH) in the glucose residue constituting cellulose. The percentage of those substituted with ether groups (-ORCOOH or -ORCOOM) (the number of carboxyalkyl ether groups per glucose residue) is shown.
カルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。
i)発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0℃~70℃、好ましくは10℃~60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、マーセル化処理する工程、
ii)次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍モル添加し、反応温度30℃~90℃、好ましくは40℃~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化反応を行う工程。An example of a method for producing carboxyalkylated cellulose includes the following steps. The modification is modification by a substitution reaction. Carboxymethylated cellulose will be described as an example.
i) Mixing the raw material with the solvent and the mercerizing agent, and mercerizing at a reaction temperature of 0° C. to 70° C., preferably 10° C. to 60° C., and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. the process of processing,
ii) then, 0.05 to 10.0 times mol of a carboxymethylating agent per glucose residue is added, the reaction temperature is 30° C. to 90° C., preferably 40° C. to 80° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours; A step of conducting the etherification reaction preferably for 1 hour to 4 hours.
発底原料としては前述のセルロース原料を使用できる。溶媒としては、3~20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60質量%~95質量%が好ましい。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用することが好ましい。 The above-mentioned cellulose raw material can be used as the bottom raw material. As the solvent, 3 to 20 times by weight of water or a lower alcohol, specifically water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc. alone, or two Mixed media of more than one species can be used. When a lower alcohol is mixed, the mixing ratio is preferably 60% by mass to 95% by mass. As the mercerizing agent, it is preferable to use an alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, in an amount of 0.5 to 20 times the moles of the anhydroglucose residue of the starting material.
前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.40未満であり、0.01以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにカルボキシメチル置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースはナノ解繊することができるようになる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.01より小さいと、ナノ解繊が十分にできない場合がある。カルボキシメチル置換度は、より好ましくは0.10以上0.40未満であり、さらに好ましくは0.15以上0.40未満であり、さらに好ましくは0.20以上0.40未満である。カルボキシアルキル化セルロースにおけるカルボキシアルキル置換度と、同カルボキシアルキル化セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシアルキル置換度とは通常、同じである。 As described above, the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of cellulose is less than 0.40, preferably 0.01 or more and less than 0.40. By introducing carboxymethyl substituents into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which carboxymethyl substituents have been introduced can be nano-fibrillated. If the number of carboxymethyl substituents per glucose unit is less than 0.01, nano-fibrillation may not be sufficient. The degree of carboxymethyl substitution is more preferably 0.10 or more and less than 0.40, still more preferably 0.15 or more and less than 0.40, still more preferably 0.20 or more and less than 0.40. The degree of carboxyalkyl substitution in the carboxyalkylated cellulose is generally the same as the degree of carboxyalkyl substitution when the carboxyalkylated cellulose is made into nanofibers.
グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、以下の方法で測定することができる:
カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。メタノール900mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル化セルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースに変換する。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5g~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。80質量%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定した。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’-(0.1NのH2SO4)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのH2SO4のファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター。The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit can be measured by the following method:
About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolute dry) is precisely weighed and placed in a 300 mL conical flask with a common stopper. 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 900 mL of methanol is added and shaken for 3 hours to convert carboxymethylated cellulose salt (CM cellulose) into hydrogenated CM cellulose. 1.5 g to 2.0 g of hydrogenated CM cellulose (absolutely dried) is accurately weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask equipped with a common stopper. Hydrogenated CM-cellulose is wetted with 15 mL of 80% by mass methanol, 100 mL of 0.1 N NaOH is added, and shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back-titrated with 0.1N H2SO4 using phenolphthalein as an indicator. The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the formula:
A=[(100×F′−(0.1N H 2 SO 4 ) (mL)×F)×0.1]/(absolute dry mass of hydrogen-type CM cellulose (g))
DS = 0.162 x A/(1 - 0.058 x A)
A: Amount of 1N NaOH (mL) required to neutralize 1 g of hydrogenated CM-cellulose
F: factor of 0.1N H2SO4 F': factor of 0.1N NaOH .
カルボキシメチル基以外のカルボキシアルキル基置換度の測定も、上記と同様の方法で行うことができる。 The degree of substitution with carboxyalkyl groups other than carboxymethyl groups can also be measured in the same manner as described above.
(1-2-3)エステル化
アニオン変性の一例としてエステル化を挙げることができる。エステル化の方法としては、セルロース原料にリン酸系化合物の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物としては、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらの1種、あるいは2種以上を併用してセルロースにリン酸基を導入することができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物は水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。(1-2-3) Esterification One example of anion modification is esterification. Examples of the esterification method include a method of mixing a cellulose raw material with powder or an aqueous solution of a phosphoric acid compound, a method of adding an aqueous solution of a phosphoric acid compound to a slurry of a cellulose raw material, and the like. Phosphoric acid compounds include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts. Among the above, a compound having a phosphate group is preferable because it is low cost, easy to handle, and can introduce a phosphate group into the cellulose of the pulp fiber to improve defibration efficiency. Compounds having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium phosphite, potassium phosphite, sodium hypophosphite, potassium hypophosphite , sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate , ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. Phosphate groups can be introduced into cellulose by using one or more of these in combination. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphate groups, easy fibrillation in the fibrillation process described below, and easy industrial application is preferred. Sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are particularly preferred. Further, it is desirable to use the phosphoric acid-based compound in the form of an aqueous solution, since the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introduction of the phosphoric acid group is increased. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid-based compound is preferably 7 or less because the efficiency of introducing phosphoric acid groups is increased, but from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers, pH 3 to 7 is preferable.
リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1質量%~10質量%のセルロース原料の懸濁液に、リン酸系化合物を撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物の添加量はリン元素量として、0.2質量部~500質量部であることが好ましく、1質量部~400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物の割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるので、コスト面から好ましくない。 Examples of the method for producing the phosphorylated cellulose include the following method. A phosphoric acid-based compound is added to a suspension of a cellulose raw material having a solid concentration of 0.1% by mass to 10% by mass while stirring to introduce a phosphoric acid group into the cellulose. When the cellulose raw material is 100 parts by mass, the amount of the phosphoric acid compound added is preferably 0.2 parts by mass to 500 parts by mass, and is preferably 1 part by mass to 400 parts by mass. more preferred. If the proportion of the phosphoric acid-based compound is at least the lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the above upper limit is exceeded, the effect of improving the yield reaches a ceiling, which is not preferable from the viewpoint of cost.
リン酸系化合物に加えて、他の化合物の粉末や水溶液を混合してもよい。リン酸系化合物以外の他の化合物としては、特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃色から赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。他の化合物の添加量はセルロース原料の固形分100質量部に対して、2質量部~1000質量部が好ましく、100質量部~700質量部がより好ましい。反応温度は0℃~95℃が好ましく、30℃~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1分~600分程度であり、30分~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100℃~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100℃~170℃で加熱処理することが好ましい。 In addition to the phosphoric acid-based compound, powders or aqueous solutions of other compounds may be mixed. The compound other than the phosphoric acid-based compound is not particularly limited, but a basic nitrogen-containing compound is preferable. "Basic" here is defined as a pink to red color of the aqueous solution in the presence of the phenolphthalein indicator or pH of the aqueous solution greater than 7. The basic nitrogen-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but a compound having an amino group is preferable. Examples include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among them, urea is preferable because it is inexpensive and easy to handle. The amount of the other compound added is preferably 2 parts by mass to 1000 parts by mass, more preferably 100 parts by mass to 700 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0°C to 95°C, more preferably 30°C to 90°C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 1 minute to 600 minutes, more preferably 30 minutes to 480 minutes. When the esterification reaction conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively esterified and easily dissolved, and the yield of phosphate-esterified cellulose is improved. After dehydrating the obtained phosphate-esterified cellulose suspension, it is preferable to heat-treat at 100° C. to 170° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Further, it is preferable to heat at 130° C. or less, preferably 110° C. or less while water is contained in the heat treatment, and heat at 100° C. to 170° C. after removing the water.
リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース原料は煮沸した後、冷水を用いて洗浄することが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。エステル化セルロースにおける置換度と、同エステル化セルロースをナノファイバーとしたときの置換度は、通常、同じである。 The degree of phosphate group substitution per glucose unit of the phosphated cellulose is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By introducing a phosphate group substituent into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which a phosphate group has been introduced can be easily nano-fibrillated. If the degree of phosphate group substitution per glucose unit is less than 0.001, sufficient nanofibrillation cannot be achieved. On the other hand, if the degree of phosphate group substitution per glucose unit is greater than 0.40, the nanofibers may not be obtained due to swelling or dissolution. In order to efficiently defibrate, it is preferable to wash the phosphated cellulose raw material obtained above with cold water after boiling. Modification by these esterifications is modification by a substitution reaction. The degree of substitution in the esterified cellulose and the degree of substitution when the same esterified cellulose is made into nanofibers are usually the same.
グルコース単位当たりのリン酸基置換度は、以下の方法で測定することができる:
固形分量が0.2質量%のリン酸エステル化セルロースのスラリーを調製する。次いで、スラリーに対し、体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーとを分離することにより、リン酸エステル化セルロースを水素型リン酸エステル化セルロースに変換する。次いで、イオン交換樹脂による処理後のスラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測する。計測結果のうち、急激に電気伝導度が低下する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除すことにより、水素型リン酸エステル化セルロース1g当たりのリン酸基量(mmol/g)を算出する。さらに、リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度(DS)を、次式によって算出する:
DS=0.162×A/(1-0.079×A)
A:水素型リン酸エステル化セルロースの1gあたりのリン酸基量(mmol/g)。The degree of phosphate group substitution per glucose unit can be measured by the following method:
A slurry of phosphorylated cellulose having a solids content of 0.2% by weight is prepared. Next, to the slurry, 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo, conditioned) was added, shaken for 1 hour, and then poured onto a mesh with an opening of 90 μm. The phosphate-esterified cellulose is converted to a hydrogen-type phosphate-esterified cellulose by separating the resin and the slurry at . Next, while adding 50 μL of 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution to the slurry after the treatment with the ion-exchange resin once every 30 seconds, the change in the electrical conductivity of the slurry is measured. Among the measurement results, by dividing the amount of alkali (mmol) required in the region where the electrical conductivity suddenly decreases by the solid content (g) in the slurry to be titrated, the hydrogen-type phosphate-esterified cellulose per 1 g Calculate the amount of phosphate groups (mmol/g). Furthermore, the degree of phosphate group substitution (DS) per glucose unit of the phosphorylated cellulose is calculated by the following formula:
DS = 0.162 x A/(1 - 0.079 x A)
A: Phosphate group content per gram of hydrogen-type phosphate-esterified cellulose (mmol/g).
(1-3)アニオン変性セルロース
原料であるセルロースに対し、上記で例示したようなアニオン変性を行うことにより、アニオン変性セルロースを得ることができる。また、市販のものを用いてもよい。アニオン変性セルロースの種類としては、カルボキシル基を有するセルロースまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースが好ましい。特に、N-オキシル化合物と酸化剤とを用いてセルロースを酸化することにより得られたカルボキシル化セルロースは、カルボキシル基が均一に導入されており、均一に解繊しやすく、透明度の高いセルロースナノファイバーが得られる点で好ましい。(1-3) Anion-Modified Cellulose Anion-modified cellulose can be obtained by anion-modifying the raw material cellulose as exemplified above. Moreover, you may use a commercial thing. As the type of anion-modified cellulose, cellulose having a carboxyl group or cellulose having a carboxyalkyl group is preferable. In particular, carboxylated cellulose obtained by oxidizing cellulose using an N-oxyl compound and an oxidizing agent has carboxyl groups uniformly introduced, is easily disentangled uniformly, and has high transparency. is preferable in terms of obtaining
アニオン変性セルロースとしては、水や水溶性有機溶媒に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものを用いる。繊維状の形状が維持されないもの(すなわち、溶解するもの)を用いると、ナノファイバーを得ることができない。分散した際に繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるとは、アニオン変性セルロースの分散体を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものである。また、X線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるアニオン変性セルロースは好ましい。 As the anion-modified cellulose, one that maintains at least a part of its fibrous shape even when dispersed in water or a water-soluble organic solvent is used. Nanofibers cannot be obtained by using materials that do not maintain their fibrous shape (that is, materials that dissolve). The expression that at least a part of the fibrous shape is maintained when dispersed means that a fibrous substance can be observed when an anion-modified cellulose dispersion is observed with an electron microscope. In addition, anion-modified cellulose is preferable, since a peak of cellulose type I crystals can be observed when measured by X-ray diffraction.
アニオン変性セルロースにおけるセルロースの結晶化度は、結晶I型が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。結晶性を上記範囲に調整することにより、解繊により繊維を微細化した後も溶解することのない結晶性セルロース繊維を充分に得ることができる。セルロースの結晶性は、原料であるセルロースの結晶化度、及びアニオン変性の度合によって制御できる。アニオン変性セルロースの結晶化度の測定方法は、以下の通りである:
試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD-6000、株式会社島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10゜~30゜の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6゜の002面の回折強度と2θ=18.5゜のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
Xc=(I002c-Ia)/I002c×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6゜、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5゜、アモルファス部分の回折強度。The degree of crystallinity of cellulose in the anion-modified cellulose is preferably 50% or more, more preferably 60% or more for crystalline type I. By adjusting the crystallinity to the above range, it is possible to sufficiently obtain crystalline cellulose fibers that do not dissolve even after the fibers are refined by fibrillation. The crystallinity of cellulose can be controlled by the crystallinity of the raw material cellulose and the degree of anion modification. The method for measuring the crystallinity of anion-modified cellulose is as follows:
A sample is placed in a glass cell and measured using an X-ray diffraction measurement device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The degree of crystallinity is calculated using the method of Segal et al. Using the diffraction intensity at 2θ = 10° to 30° in the X-ray diffraction diagram as a baseline, the diffraction intensity of the 002 plane at 2θ = 22.6° and 2θ = It is calculated from the diffraction intensity of the amorphous portion at 18.5° by the following equation.
Xc=(I002c−Ia)/I002c×100
Xc: Crystallinity of type I of cellulose (%)
I002c: 2θ=22.6°, diffraction intensity of 002 plane Ia: 2θ=18.5°, diffraction intensity of amorphous portion.
アニオン変性セルロースのセルロースI型結晶の割合と、同アニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときのセルロースI型結晶の割合は、通常同じである。 The proportion of cellulose type I crystals in the anion-modified cellulose and the proportion of cellulose type I crystals when the anion-modified cellulose is used as nanofibers are usually the same.
(2)工程2
工程2では、アニオン変性セルロースをキャビテーション噴流装置を用いて処理(解繊)することにより、アニオン変性セルロースナノファイバーを製造する。(2) Process 2
In step 2, anion-modified cellulose nanofibers are produced by treating (fibrillating) the anion-modified cellulose using a cavitation jet device.
(2-1)アニオン変性セルロース分散体
解繊に際しては、アニオン変性セルロースの分散体を準備する。分散媒は、水または有機溶媒、あるいはこれらの混合物を適宜選択できる。有機溶媒の種類は問わないが、例えばセルロース中の水酸基との親和性が高い極性溶媒が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド等を挙げることができる。上記分散媒は単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いてもよい。例えば、有機溶媒を2種類以上混合する形態、水と有機溶媒を含む形態、水のみの形態などを適宜選択することができる。水のみを分散媒として用いること(すなわち、水100%)は、取扱いの容易性から好ましい。水と有機溶媒とを混合する場合の混合割合は特に限定されず、使用する有機溶媒の種類に応じて適宜混合割合を調整すればよい。(2-1) Anion-Modified Cellulose Dispersion For fibrillation, an anion-modified cellulose dispersion is prepared. Water, an organic solvent, or a mixture thereof can be appropriately selected as the dispersion medium. Although the type of organic solvent is not limited, polar solvents having a high affinity for hydroxyl groups in cellulose are preferred, such as methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol. , glycerin, ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, acetone, methyl ethyl ketone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and the like. The dispersion medium may be used alone, or two or more of them may be mixed and used. For example, a form in which two or more kinds of organic solvents are mixed, a form in which water and an organic solvent are contained, a form in which only water is used, or the like can be appropriately selected. Using only water as the dispersion medium (ie, 100% water) is preferred for ease of handling. When water and an organic solvent are mixed, the mixing ratio is not particularly limited, and the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the type of organic solvent used.
キャビテーション噴流装置に供するアニオン変性セルロース分散体の固形分濃度は10.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは7.0質量%以下、さらに好ましくは0.1~5.0質量%の範囲で処理することが気泡の発生効率の点から好ましい。 The solid content concentration of the anion-modified cellulose dispersion to be subjected to the cavitation jet apparatus is preferably 10.0% by mass or less, more preferably 7.0% by mass or less, and still more preferably 0.1 to 5.0% by mass. From the point of view of bubble generation efficiency, treatment within the range is preferred.
また、アニオン変性セルロース分散体のpHは、好ましくはpH6~13、より好ましくはpH6~12、更に好ましくはpH6~10である。pHが6以上であればアニオン変性セルロースの解繊が進行しやすい。一方、pHは13を超えると、パルプ繊維のアルカリ焼けが生じ、白色度が低下するので好ましくない。 The pH of the anion-modified cellulose dispersion is preferably pH 6-13, more preferably pH 6-12, and even more preferably pH 6-10. If the pH is 6 or more, defibration of the anion-modified cellulose is likely to proceed. On the other hand, if the pH exceeds 13, alkaline scorching of the pulp fibers will occur and the whiteness will decrease, which is not preferable.
(2-2)キャビテーション噴流装置
キャビテーション噴流装置とは、噴射液体を圧縮し高速でノズル先端より被噴射液体に向けて噴射することで、ノズル近傍での極めて高いせん断力と、急激な減圧で液体が膨張することにより発生するキャビテーション気泡の崩壊エネルギーと、によって噴射液体及び被噴射液体中の固形の塊を細断する装置である。繊維に対して刃物等の物理的な接触がないことから、繊維の短小化を引き起こしにくい。(2-2) Cavitation jet device A cavitation jet device compresses the jet liquid and jets it from the tip of the nozzle at high speed toward the liquid to be jetted. This device shreds solid masses in the liquid to be jetted and the liquid to be jetted by the collapsing energy of cavitation bubbles generated by the expansion of the liquid. Since there is no physical contact with the fibers such as blades, the fibers are less likely to be shortened.
噴射液体としては、上述のアニオン変性セルロース分散体に用いる分散媒や、アニオン変性セルロース分散体自体を用いることができる。被噴射液体としては、上述のアニオン変性セルロース分散体を用いる。噴射液体を被噴射液体であるアニオン変性セルロース分散体に向けて噴射し、噴流を生じさせることにより、被噴射液体中でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡の崩壊エネルギーにより被噴射液体中のアニオン変性セルロースを解繊することができる。噴射液体として、アニオン変性セルロース分散体を用いることは効率のよい解繊を行う観点から好ましい。噴射液体にアニオン変性セルロース分散体を用いると、噴流周りに発生するキャビテーションによる作用効果に加え、高圧でノズルまたはオリフィスから噴射する際の流体力学的せん断力が得られるため、効率よく解繊を行うことができる。 As the injection liquid, the dispersion medium used for the anion-modified cellulose dispersion or the anion-modified cellulose dispersion itself can be used. As the liquid to be jetted, the anion-modified cellulose dispersion described above is used. The jetted liquid is jetted toward the anion-modified cellulose dispersion, which is the liquid to be jetted, to generate a jet flow, thereby generating cavitation in the liquid to be jetted, and the anion-modified cellulose in the liquid to be jetted by the collapse energy of the cavitation bubbles. can be defibrated. It is preferable to use an anion-modified cellulose dispersion as the injection liquid from the viewpoint of efficient defibration. When an anion-modified cellulose dispersion is used as the injection liquid, in addition to the effects of cavitation generated around the jet, hydrodynamic shear force can be obtained when the liquid is injected from a nozzle or orifice at high pressure, resulting in efficient defibration. be able to.
キャビテーションは、液体が加速されて局所的な圧力がその液体の蒸気圧より低くなったときに発生するため、キャビテーションの発生を制御するには、流速及び圧力が重要となる。キャビテーション状態を表わす基本的な無次元数、キャビテーション数(Cavitation Number)σは次の数式1のように定義される(加藤洋治編著、新版キャビテーション基礎と最近の進歩、槇書店、1999)。 Cavitation occurs when a liquid is accelerated such that the local pressure is lower than the liquid's vapor pressure, so flow velocity and pressure are important to control the occurrence of cavitation. A basic non-dimensional number representing a cavitation state, the cavitation number σ, is defined as the following Equation 1 (edited by Yoji Kato, Cavitation Basics and Recent Advances, New Edition, Maki Shoten, 1999).
キャビテーション数が大きいということは、その流れ場がキャビテーションを発生し難い状態にあるということを示す。キャビテーション噴流のようなノズルまたはオリフィスを通してキャビテーションを発生させる場合は、ノズルまたはオリフィスの上流側圧力p1、ノズルまたはオリフィスの下流側圧力p2、試料水の飽和蒸気圧pvから、キャビテーション数σは下記の数式2のように書きかえることができ、キャビテーション噴流では、p1、p2、pv間の圧力差が大きく、p1>>p2>>pvとなることから、キャビテーション数σはさらにp2/p1に近似することができる(H. Soyama, J. Soc. Mat. Sci. Japan, 47(4), 381 1998)。A large cavitation number indicates that the flow field is in a state where cavitation is unlikely to occur. When cavitation is generated through a nozzle or orifice such as a cavitation jet, the cavitation number σ is calculated from the upstream pressure p 1 of the nozzle or orifice, the downstream pressure p 2 of the nozzle or orifice, and the saturated vapor pressure pv of the sample water. It can be rewritten as Equation 2 below, and in a cavitation jet, the pressure difference between p 1 , p 2 , and p v is large, and p 1 >> p 2 >> p v , so the cavitation number σ can be further approximated to p 2 /p 1 (H. Soyama, J. Soc. Mat. Sci. Japan, 47(4), 381 1998).
本発明においてキャビテーションの条件は、上述したp2/p1に近似することができるキャビテーション数σ(すなわち、下流側圧力/上流側圧力)が0.001以上0.500以下であることが望ましく、0.003以上0.200以下であることが好ましく、0.010以上0.100以下であることが特に好ましい。キャビテーション数σが0.001未満である場合、キャビテーション気泡が崩壊する時の周囲との圧力差が低いため解繊効果が小さくなり、0.500より大である場合は、流れの圧力差が低くキャビテーションが発生し難くなる。In the present invention, the cavitation condition is that the cavitation number σ (that is, downstream pressure/upstream pressure) that can be approximated to p 2 /p 1 described above is preferably 0.001 or more and 0.500 or less, It is preferably 0.003 or more and 0.200 or less, and particularly preferably 0.010 or more and 0.100 or less. When the cavitation number σ is less than 0.001, the pressure difference with the surroundings when the cavitation bubbles collapse is low, so the defibration effect is small. Cavitation is less likely to occur.
ノズルまたはオリフィスを通じて噴射液体を噴射してキャビテーションを発生させる際には、噴射液体の圧力(上流側圧力)は0.01MPa以上30.00MPa以下であることが望ましく、0.70MPa以上20.00MPa以下であることが好ましく、2.00MPa以上10.00MPa以下であることが特に好ましい。上流側圧力が0.01MPa未満では下流側圧力との間で圧力差を生じ難く作用効果は小さい。また、30.00MPaより高い場合、消費エネルギーが大きくなることからコスト的に不利である。一方、容器内の圧力(下流側圧力)は静圧で0.05MPa以上0.50MPa以下が好ましい。 When cavitation is generated by injecting the injection liquid through the nozzle or orifice, the pressure of the injection liquid (upstream pressure) is preferably 0.01 MPa or more and 30.00 MPa or less, and more preferably 0.70 MPa or more and 20.00 MPa or less. is preferably 2.00 MPa or more and 10.00 MPa or less is particularly preferable. If the upstream pressure is less than 0.01 MPa, it is difficult to generate a pressure difference with the downstream pressure, and the effect is small. Moreover, when the pressure is higher than 30.00 MPa, the energy consumption increases, which is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, the pressure in the container (downstream pressure) is preferably 0.05 MPa or more and 0.50 MPa or less in terms of static pressure.
噴射液体の噴射の速度は1m/秒以上200m/秒以下の範囲であることが望ましく、20m/秒以上100m/秒以下の範囲であることが好ましい。噴射の速度が1m/秒未満である場合、圧力低下が低く、キャビテーションが発生し難いため、その効果は弱い。一方、200m/秒より大きい場合、高圧を要し特別な装置が必要であり、コスト的に不利である。 The jetting speed of the ejected liquid is desirably in the range of 1 m/sec to 200 m/sec, and preferably in the range of 20 m/sec to 100 m/sec. If the jet velocity is less than 1 m/sec, the effect is weak because the pressure drop is low and cavitation is less likely to occur. On the other hand, if it is more than 200 m/sec, a high pressure is required and a special device is required, which is disadvantageous in terms of cost.
キャビテーション噴流装置は、液体を噴射するためのノズルまたはオリフィスの直後に、キャビテーションの発生場所となる一定の広さの配管または容器を有している。このノズルまたはオリフィスの直後の配管の内径(配管または容器の壁厚を含まない内直径)が、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生じるキャビテーション噴流の最大幅と、同程度であると、アニオン変性セルロースの解繊が効率よく進行するようになるので好ましい。例えば、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生じるキャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の50%以上の長さとなるように調整することが好ましく、55%以上がより好ましく、60%以上がより好ましく、65%以上がさらに好ましく、70%以上がさらに好ましく、80%以上がさらに好ましく、85%以上がさらに好ましい。また、130%以下の長さとなるように調整することが好ましく、110%以下がより好ましく、100%未満がより好ましい。ここで、ノズルとは、液体を一定の方向に噴射するためのパイプ状の部品をいい、一般には、配管の円形の断面の面積を縮小させる(または配管内径を縮小させる)ことで液体を高速で噴出させる部品をいう。オリフィスとは、液体を噴射するために壁に開けられた穴をいう。ノズルまたはオリフィスから液体を噴射すると、液体噴流によって生じるキャビテーション気泡の群がノズルまたはオリフィスの出口を頂点とした円錐形状にみられる。このキャビテーション気泡の群をキャビテーション噴流と呼ぶ。キャビテーション噴流の最大幅とは、キャビテーション噴流の噴射方向に垂直な幅(直径)のうち、最大の幅をいうものとする。キャビテーション噴流の最大幅は、用いるノズルまたはオリフィス、噴射液体、被噴射液体、噴射速度、下流側圧力/上流側圧力の比、温度などの条件によって変動する。キャビテーション噴流の最大幅を測定する際、キャビテーション噴流の幅が大きく、ノズルまたはオリフィス直後の配管の内壁に接触する場合には、キャビテーション噴流が内壁に接触しないようなより大きい配管を用いて同一条件で噴射を行い、キャビテーション噴流の最大幅を求めることとする。また、ノズルまたはオリフィス直後の配管に対して複数のノズルまたはオリフィスを接続させて、それぞれのノズルまたはオリフィスから上記配管内に液体を噴射して複数のキャビテーション噴流を生じさせてもよく、この場合のキャビテーション噴流の最大幅は、各々のノズルまたはオリフィスから発生したキャビテーション噴流を1つのキャビテーション噴流と見立てた際の最大幅をいう。すなわち、複数のキャビテーション噴流が末端で合一する場合にはその合一したキャビテーション噴流の最大幅であり、一方、複数のキャビテーション噴流の少なくとも一部が合一せずに互いに独立している場合には、観察される複数のキャビテーション噴流のうちの最も外側(各噴流の噴射方向に垂直な面の中心から配管の内壁側へと離れた側)の位置同士を結んで得られる最大の幅をいう。 A cavitation jet device has a pipe or container of a certain width, which is a place where cavitation occurs, immediately after a nozzle or orifice for injecting liquid. If the inner diameter of the pipe immediately after this nozzle or orifice (the inner diameter without the wall thickness of the pipe or container) is comparable to the maximum width of the cavitation jet produced by the liquid jet ejected through the nozzle or orifice, the anion modification This is preferable because defibration of cellulose proceeds efficiently. For example, the maximum width of a cavitation jet generated by a liquid jet jetted through a nozzle or orifice is preferably adjusted to a length of 50% or more of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or orifice, more preferably 55% or more, 60% or more is more preferable, 65% or more is still more preferable, 70% or more is still more preferable, 80% or more is still more preferable, and 85% or more is even more preferable. Also, the length is preferably adjusted to 130% or less, more preferably 110% or less, and more preferably less than 100%. Here, a nozzle is a pipe-shaped component for injecting a liquid in a certain direction. It refers to the part that is ejected by An orifice is a hole cut in a wall for ejecting a liquid. When a liquid is injected from a nozzle or orifice, a group of cavitation bubbles generated by the liquid jet appears in a cone shape with the exit of the nozzle or orifice as the apex. This group of cavitation bubbles is called a cavitation jet. The maximum width of the cavitating jet refers to the maximum width (diameter) of the cavitating jet perpendicular to the injection direction. The maximum width of the cavitation jet varies depending on conditions such as the nozzle or orifice used, the liquid to be injected, the liquid to be injected, the injection speed, the downstream/upstream pressure ratio, and the temperature. When measuring the maximum width of the cavitation jet, if the width of the cavitation jet is large and it contacts the inner wall of the pipe immediately after the nozzle or orifice, use a larger pipe so that the cavitation jet does not contact the inner wall under the same conditions. Injection is performed and the maximum width of the cavitation jet is determined. Further, a plurality of nozzles or orifices may be connected to the piping immediately after the nozzles or orifices, and liquid may be injected into the piping from each nozzle or orifice to generate a plurality of cavitation jets. The maximum width of the cavitation jet refers to the maximum width when the cavitation jet generated from each nozzle or orifice is regarded as one cavitation jet. That is, when a plurality of cavitating jets are merged at their ends, the maximum width of the merged cavitating jets, and when at least some of the plurality of cavitating jets are independent of each other without being merged, is the maximum width obtained by connecting the positions of the outermost cavitation jets observed (the side away from the center of the plane perpendicular to the jetting direction of each jet toward the inner wall side of the pipe). .
また、ノズルまたはオリフィス直後の配管とは、ノズルまたはオリフィスが接続しており、キャビテーション噴流が形成される場所となる任意の容器または配管をいう。配管の形状は、円筒状、角筒状、円錐状、角錐状などいずれであってもよいが、解繊後の繊維の滞留を防ぐためには、円筒状であることが好ましい。ノズルまたはオリフィス直後の配管径とは、配管のキャビテーション噴流の噴射方向に垂直な幅(配管の内直径)をいう。配管が角筒状であるなど、円筒状以外の筒状の形状である場合には、キャビテーション噴流の噴射方向に垂直な幅のうち、最小の幅をいうものとする。また、配管が円錐状または角錐状である場合には、キャビテーション噴流の幅が最大となる断面の配管径(角錐状である場合には、同断面の最小の幅)をいうものとする。 Also, the piping immediately after the nozzle or orifice refers to any vessel or piping to which the nozzle or orifice is connected and where the cavitation jet is formed. The shape of the pipe may be cylindrical, prismatic, conical, pyramidal, or the like, but a cylindrical shape is preferred in order to prevent the fibers from stagnation after fibrillation. The pipe diameter immediately after the nozzle or orifice refers to the width (inner diameter of the pipe) perpendicular to the injection direction of the cavitation jet in the pipe. When the pipe has a tubular shape other than a cylindrical shape, such as a rectangular tubular shape, the minimum width among the widths perpendicular to the jetting direction of the cavitation jet is used. In addition, when the pipe is conical or pyramidal, it means the pipe diameter of the cross section that maximizes the width of the cavitation jet (when the pipe is pyramidal, the minimum width of the same cross section).
ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生じるキャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の50%未満の長さである場合、ノズルまたはオリフィス直後の配管(または容器)がキャビテーション噴流に対して大きすぎるため、配管(または容器)内にアニオン変性セルロースとアニオン変性セルロースナノファイバーとが滞留し、解繊が進みにくくなる。一方、130%を超える長さである場合、キャビテーション噴流の多くの部分が、ノズルまたはオリフィス直後の配管に直接、接触し、配管の壊食が生じる場合がある。キャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の100%以上130%以下である場合には、キャビテーション噴流の一部(末端)がノズルまたはオリフィス直後の配管と接触することとなるが、接触は部分的なものであり、また、キャビテーション噴流の末端(ノズルまたはオリフィスから遠い部分)の衝撃はやや弱く、配管への影響が少ないため使用可能である。キャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の100%未満である場合には、ノズルまたはオリフィス直後の配管の壊食が生じないため、好ましい。 If the maximum width of the cavitation jet generated by the liquid jet injected through the nozzle or orifice is less than 50% of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or orifice, the pipe (or container) immediately after the nozzle or orifice is not affected by the cavitation jet. On the other hand, since it is too large, the anion-modified cellulose and the anion-modified cellulose nanofibers remain in the pipe (or container), making defibration difficult. On the other hand, if the length exceeds 130%, a large portion of the cavitation jet may directly contact the piping directly behind the nozzle or orifice, causing erosion of the piping. When the maximum width of the cavitation jet is 100% or more and 130% or less of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or orifice, part of the cavitation jet (end) comes into contact with the pipe immediately after the nozzle or orifice. , the contact is partial, and the impact of the end of the cavitation jet (the part far from the nozzle or orifice) is rather weak, so it can be used because it has little effect on the piping. If the maximum width of the cavitation jet is less than 100% of the inner diameter of the pipe directly behind the nozzle or orifice, it is preferable because the pipe immediately after the nozzle or orifice will not be eroded.
キャビテーション噴流の最大幅とノズルまたはオリフィス直後の配管の内径との割合は、ノズルまたはオリフィス直後の配管の内径を調整する他、前述の下流側圧力/上流側圧力の比を調整したり、また、噴射液体の噴射速度を調整したりするなどしてキャビテーション噴流の最大幅を変化させることにより、調整することができる。 The ratio between the maximum width of the cavitation jet and the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or orifice can be adjusted by adjusting the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or orifice, adjusting the above-mentioned downstream pressure/upstream pressure ratio, or It can be adjusted by changing the maximum width of the cavitation jet such as by adjusting the ejection speed of the ejected liquid.
キャビテーションを発生させるための液体の噴射は、パルパーの様な大気開放の容器の中でなされても良いが、キャビテーションをコントロールするために圧力容器の中でなされるのが好ましい。 The injection of the liquid to generate cavitation may be done in a container open to the atmosphere such as a pulper, but is preferably done in a pressure vessel to control cavitation.
キャビテーションは液体中の気体の量に影響され、気体が多過ぎる場合は気泡同士の衝突と合一が起こり崩壊衝撃力が他の気泡に吸収されるクッション効果を生じるため衝撃力が弱まる。液体中の気体の量は、溶存気体と蒸気圧の影響を受けるため、処理温度を一定の範囲に制御することにより、キャビテーションの衝撃力を調整することは好ましい。処理温度は、分散媒の種類にもよるが、0℃以上70℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがさらに好ましい。一般には、融点と沸点の中間点で衝撃力が最大となると考えられることから、水を分散媒とする場合、50℃前後が好適であるが、それ以外の温度であっても上記の範囲であれば十分な解繊効果が得られる。 Cavitation is affected by the amount of gas in the liquid, and if there is too much gas, bubbles collide and coalesce, creating a cushion effect in which the collapsing impact force is absorbed by other bubbles, thereby weakening the impact force. Since the amount of gas in the liquid is affected by dissolved gas and vapor pressure, it is preferable to adjust the impact force of cavitation by controlling the treatment temperature within a certain range. The treatment temperature is preferably 0° C. or higher and 70° C. or lower, more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower, although it depends on the type of dispersion medium. In general, the impact force is considered to be maximum at the midpoint between the melting point and the boiling point. Therefore, when water is used as the dispersion medium, a temperature of around 50 ° C. is suitable, but even if the temperature is other than that, it is within the above range. A sufficient defibration effect can be obtained.
キャビテーションを発生させるために必要なエネルギーを低減するために、噴射液体及び/または被噴射液体に界面活性剤を添加してもよい。使用する界面活性剤は特に限定されず、例えば、脂肪酸塩、高級アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸等のアルキレンオキシド付加物などの非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤などを挙げることができる。これらを単一で、または2種以上組み合せて用いてもよい。界面活性剤を添加する場合、添加量は、噴射液体及び/または被噴射液体の表面張力を低下させるために必要な量であればよい。 A surfactant may be added to the jetting liquid and/or the jetted liquid to reduce the energy required to generate cavitation. The surfactant to be used is not particularly limited. surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and the like. These may be used singly or in combination of two or more. When a surfactant is added, the amount to be added may be an amount necessary to reduce the surface tension of the liquid to be jetted and/or the liquid to be jetted.
所望の解繊度合となるまで、キャビテーション噴流装置による処理を複数回繰り返してもよい。複数回処理する際には、一台の装置に必要回数循環させてもよいし、複数の装置を並列に用いて、あるいは複数の装置に順に流すことにより、処理してもよい。 The treatment with the cavitation jet device may be repeated multiple times until the desired degree of fibrillation is achieved. When the treatment is carried out a plurality of times, it may be circulated in one apparatus for the required number of times, a plurality of apparatuses may be used in parallel, or the treatment may be performed by sequentially flowing through a plurality of apparatuses.
(2-3)アニオン変性セルロースナノファイバー
上記のキャビテーション噴流装置による解繊により、アニオン変性セルロースをナノオーダーの平均繊維径となるまで解繊してナノファイバーを得ることができる。ナノオーダーの平均繊維径とは、1μm未満の平均繊維径をいう。本発明では、アニオン変性セルロースナノファイバーは、好ましくは平均繊維径が3nm~500nm程度、更に好ましくは3nm~150nm程度、更に好ましくは3nm~20nm程度である。アスペクト比は30以上、好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上である。アスペクト比の上限は限定されないが、500以下程度となる。(2-3) Anion-Modified Cellulose Nanofibers Nanofibers can be obtained by defibrating anion-modified cellulose to a nano-order average fiber diameter by fibrillation using the above-described cavitation jet apparatus. The nano-order average fiber diameter refers to an average fiber diameter of less than 1 μm. In the present invention, the anion-modified cellulose nanofiber preferably has an average fiber diameter of about 3 nm to 500 nm, more preferably about 3 nm to 150 nm, still more preferably about 3 nm to 20 nm. The aspect ratio is 30 or more, preferably 50 or more, more preferably 100 or more. Although the upper limit of the aspect ratio is not limited, it is about 500 or less.
アニオン変性セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、径が20nm未満の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析し、平均を算出することにより、測定することができる。また、アスペクト比は下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。The average fiber diameter and average fiber length of the anion-modified cellulose nanofibers are measured using an atomic force microscope (AFM) when the diameter is less than 20 nm, and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) when the diameter is 20 nm or more. It can be measured by analyzing 200 randomly selected fibers and calculating the average. Also, the aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter.
アニオン変性セルロースナノファイバーとしては、分散体とした際に透明度が高くなるものが好ましい。透明度は、例えば、以下の方法で測定される:
所定の濃度のセルロースナノファイバー分散体を調製し、UV-VIS分光光度計 UV-1800(株式会社島津製作所製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて、660nm 光の透過率(%)を測定し、透明度とする。As the anion-modified cellulose nanofibers, those having high transparency when made into a dispersion are preferable. Transparency is measured, for example, in the following way:
A cellulose nanofiber dispersion with a predetermined concentration is prepared, and a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) is used to measure the transmittance (% ) is measured and taken as transparency.
本発明では、例えば、分散媒を水とした固形分1.0質量%のアニオン変性セルロースナノファイバー分散体について、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。透明度が高いことは、未解繊の繊維が少なく、解繊が均質に進んだことを意味する。未解繊の大きい繊維が残存している場合、ゴム成分と混合してゴム組成物を得た際に、ゴム組成物中の大きい繊維を起点としてゴムが破断しやすくなるという問題が生じ得る。透明度が高く、解繊が均質に進んでいるアニオン変性セルロースナノファイバーは、このような問題が生じにくい点から好ましい。透明度の上限は特に限定されないが、例えば99%である。 In the present invention, for example, for an anion-modified cellulose nanofiber dispersion having a solid content of 1.0% by mass with water as a dispersion medium, the content is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and 90%. It is more preferable that it is above. A high degree of transparency means that the amount of unfibrillated fibers is small and the fibrillation proceeds uniformly. If unfibrillated large fibers remain, when mixed with a rubber component to obtain a rubber composition, a problem may occur in that the rubber tends to break starting from the large fibers in the rubber composition. Anion-modified cellulose nanofibers, which have high transparency and are uniformly defibrated, are preferable because such problems are less likely to occur. Although the upper limit of transparency is not particularly limited, it is, for example, 99%.
アニオン変性セルロースナノファイバーの粘度は、特に限定されないが、分散体とした際に粘度が高くなるものは好ましい。粘度は、例えば、以下の方法で測定される:
所定の濃度のセルロースナノファイバー分散体を調製し、JIS-Z-8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃で、回転数60rpmまたは6rpmで3分後の値を測定する。Although the viscosity of the anion-modified cellulose nanofiber is not particularly limited, it is preferable that the viscosity becomes high when it is dispersed. Viscosity is measured, for example, by the following method:
A cellulose nanofiber dispersion with a predetermined concentration is prepared, and according to the method of JIS-Z-8803, using a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), at 25 ° C., rotation speed 60 rpm or 3 at 6 rpm. Measure the value after minutes.
例えば、分散媒を水とした固形分1.0質量%のアニオン変性セルロースナノファイバー分散体について、上記の方法で測定した6rpmにおけるB型粘度が、5000mPa・s以上、あるいは7000mPa・s以上、あるいは10000mPa・s以上、あるいは15000mPa・s以上、あるいは17000mPa・s以上であってもよいし、また、60rpmにおけるB型粘度が、1000mPa・s以上、あるいは2000mPa・s以上、あるいは3000mPa・s以上、あるいは4000mPa・s以上であってもよい。しかし、これらに限定されない。粘度が高いことは、解繊時の繊維の損傷が少ないことを意味する。キャビテーション噴流装置は、超高圧ホモジナイザーに比べて処理圧が低いため、解繊時の繊維の損傷が少なくなると考えられる。粘度の上限は特に限定されない。 For example, for an anion-modified cellulose nanofiber dispersion with a solid content of 1.0% by mass using water as a dispersion medium, the B-type viscosity at 6 rpm measured by the above method is 5000 mPa s or more, or 7000 mPa s or more, or It may be 10000 mPa s or more, 15000 mPa s or more, or 17000 mPa s or more, and the B-type viscosity at 60 rpm is 1000 mPa s or more, 2000 mPa s or more, or 3000 mPa s or more, or It may be 4000 mPa·s or more. However, it is not limited to these. A high viscosity means less fiber damage during fibrillation. Since the cavitation jet device has a lower processing pressure than the ultrahigh pressure homogenizer, it is thought that the fibers are less damaged during fibrillation. The upper limit of viscosity is not particularly limited.
(3)工程3
工程3では、工程2で得られたアニオン変性セルロースナノファイバーをゴム成分と混合してマスターバッチを製造する。(3) Process 3
In step 3, the anion-modified cellulose nanofibers obtained in step 2 are mixed with a rubber component to produce a masterbatch.
(3-1)ゴム成分
ゴム成分とはゴムの原料であって架橋してゴムとなるものをいう。天然ゴム用のゴム成分および合成ゴム用のゴム成分が存在するが、本発明においてはいずれを用いてもよく、また両者を組合せてもよい。便宜上、天然ゴム用等のゴム成分を「天然ゴムポリマー」等という。(3-1) Rubber component A rubber component is a raw material of rubber that is crosslinked to form rubber. Although there are rubber components for natural rubber and rubber components for synthetic rubber, either one may be used in the present invention, or both may be used in combination. For convenience, rubber components such as those for natural rubber are referred to as "natural rubber polymers" and the like.
天然ゴム(NR)ポリマーとしては、化学修飾を施さない狭義の天然ゴムポリマー;塩素化天然ゴムポリマー、クロロスルホン化天然ゴムポリマー、エポキシ化天然ゴムポリマー等の化学修飾した天然ゴムポリマー;水素化天然ゴムポリマー;脱タンパク天然ゴムポリマーが挙げられる。合成ゴムポリマーとしては例えば、ブタジエンゴム(BR)ポリマー、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)ポリマー、イソプレンゴム(IR)ポリマー、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)ポリマー、クロロプレンゴム(CR)ポリマー、スチレン-イソプレン共重合体ゴムポリマー、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体ゴムポリマー、イソプレン-ブタジエン共重合体ゴムポリマー等のジエン系ゴムポリマー;ブチルゴム(IIR)ポリマー、エチレン-プロピレンゴム(EPM、EPDM)ポリマー、アクリルゴム(ACM)ポリマー、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)ポリマー、フッ素ゴム(FKM)ポリマー、シリコーンゴム(Q)ポリマー、ウレタンゴム(U)ポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)ポリマー等の非ジエン系ゴムポリマーが挙げられる。これらのゴムポリマーは一種のみ使用してもよいし、複数種を併用してもよい。これらの中でも補強性の観点から、天然ゴム(NR)ポリマーを含むジエン系ゴムポリマーが特に好ましい。好ましいジエン系ゴムポリマーとしては、天然ゴム(NR)ポリマー、イソプレンゴム(IR)ポリマー、ブタジエンゴム(BR)ポリマー、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)ポリマー、ブチルゴム(IIR)ポリマー、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)ポリマー、及び上記の変性天然ゴムポリマー等が挙げられる。 Natural rubber (NR) polymers include narrowly defined natural rubber polymers that are not chemically modified; chemically modified natural rubber polymers such as chlorinated natural rubber polymers, chlorosulfonated natural rubber polymers, and epoxidized natural rubber polymers; hydrogenated natural rubber polymers; Rubber polymers; include deproteinized natural rubber polymers. Examples of synthetic rubber polymers include butadiene rubber (BR) polymers, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) polymers, isoprene rubber (IR) polymers, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) polymers, chloroprene rubber (CR) polymers, styrene - diene-based rubber polymers such as isoprene copolymer rubber polymers, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber polymers, isoprene-butadiene copolymer rubber polymers; butyl rubber (IIR) polymers, ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM) polymers , acrylic rubber (ACM) polymer, epichlorohydrin rubber (CO, ECO) polymer, fluororubber (FKM) polymer, silicone rubber (Q) polymer, urethane rubber (U) polymer, chlorosulfonated polyethylene (CSM) polymer, etc. Examples include non-diene rubber polymers. One of these rubber polymers may be used alone, or two or more of them may be used in combination. Among these, diene-based rubber polymers including natural rubber (NR) polymers are particularly preferable from the viewpoint of reinforcing properties. Preferred diene-based rubber polymers include natural rubber (NR) polymers, isoprene rubber (IR) polymers, butadiene rubber (BR) polymers, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) polymers, butyl rubber (IIR) polymers, acrylonitrile-butadiene. Rubber (NBR) polymers, modified natural rubber polymers as described above, and the like.
ゴム成分はそのまま混合に供してもよいが、ゴム成分を分散媒に分散させた分散液(ラテックス)や溶媒に溶解した溶液にして混合に供してもよい。分散媒および溶媒(以下、まとめて「液状媒体」ともいう)としては例えば、水、有機溶媒が挙げられる。液状媒体の量は、ゴム成分100質量部に対して10~1000質量部が好ましい。 The rubber component may be mixed as it is, or may be mixed in the form of a dispersion (latex) in which the rubber component is dispersed in a dispersion medium, or in the form of a solution in which the rubber component is dissolved in a solvent. Examples of the dispersion medium and solvent (hereinafter collectively referred to as "liquid medium") include water and organic solvents. The amount of the liquid medium is preferably 10 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
(3-2)ゴム成分との混合に供されるセルロースナノファイバーの形態
ゴム成分と混合されるセルロースナノファイバーの形態は特に限定されない。例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体、当該分散体の乾燥固形物、当該分散体の湿潤固形物を混合に供してよい。分散体におけるセルロースナノファイバーの濃度は、分散媒が水である場合は0.1~5.0質量%とすることができる。分散媒が水の他にアルコール等の有機溶媒を含む場合は、前記濃度を0.1~20.0質量%としてもよい。湿潤固形物とは、前記分散体と乾燥固形物との中間の態様の固形物である。前記分散体を通常の方法で脱水して得た湿潤固形物中の分散媒の量はセルロースナノファイバーに対して5~15質量%程度であってもよいが、液状媒体の追加またはさらなる乾燥により分散媒の量は適宜調整してもよい。(3-2) Form of cellulose nanofibers to be mixed with rubber component The form of cellulose nanofibers to be mixed with the rubber component is not particularly limited. For example, a dispersion of anion-modified cellulose nanofibers, a dry solid of the dispersion, and a wet solid of the dispersion may be subjected to mixing. The concentration of cellulose nanofibers in the dispersion can be 0.1 to 5.0% by mass when the dispersion medium is water. When the dispersion medium contains an organic solvent such as alcohol in addition to water, the concentration may be 0.1 to 20.0% by mass. Wet solids are intermediate forms of solids between the dispersions and dry solids. The amount of the dispersion medium in the wet solids obtained by dehydrating the dispersion by a conventional method may be about 5 to 15% by mass with respect to the cellulose nanofibers. You may adjust the quantity of a dispersion medium suitably.
また、ゴム成分と混合されるセルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバー分散体と水溶性高分子との混合物、当該混合物の乾燥固形物、当該混合物の湿潤固形物であってもよい。当該混合物および乾燥固形物における液状媒体の量は、前述の範囲であってよい。水溶性高分子としては例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ジェランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、澱粉ポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グァーガム、およびコロイダルシリカ、ならびにこれらの混合物が挙げられる。この中でも溶解性の点から、カルボキシメチルセルロースまたはその塩は好ましい。なお、ここでいうカルボキシメチルセルロースは、水に完全に溶解し、水中で繊維の形状を有しない点で、水中で繊維の形状を有するカルボキシメチル化されたセルロースナノファイバーとは区別される。 Also, the cellulose nanofibers mixed with the rubber component may be a mixture of a cellulose nanofiber dispersion and a water-soluble polymer, a dry solid of the mixture, or a wet solid of the mixture. The amount of liquid medium in the mixtures and dry solids may be in the ranges described above. Examples of water-soluble polymers include cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, potato starch, and kudzu. Flour, positive starch, phosphorylated starch, cornstarch, gum arabic, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soybean protein lysate, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polysodium acrylate , polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin-based sizing agent, petroleum resin-based sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide/polyamine resin, Polyethylenimines, polyamines, vegetable gums, polyethylene oxides, hydrophilic crosslinked polymers, polyacrylates, starch polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum, and colloidal silica, and mixtures thereof. Among these, carboxymethylcellulose or a salt thereof is preferable from the point of solubility. Carboxymethyl cellulose here is completely dissolved in water and does not have a fiber shape in water, and is distinguished from carboxymethylated cellulose nanofibers having a fiber shape in water.
前記乾燥固形物および湿潤固形物は、セルロースナノファイバーの分散体またはセルロースナノファイバー分散体と水溶性高分子との混合物を乾燥して調製できる。乾燥方法は特に限定されないが、例えば、スプレードライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、または真空乾燥が挙げられる。乾燥装置としては例えば、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置等、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、または撹拌乾燥装置等が挙げられる。これらの乾燥装置は、単独で用いてもよいし、2つ以上を組合せて用いてもよい。ドラム乾燥装置は、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給することができるのでエネルギー効率が高く、かつ必要以上に熱を加えずに直ちに乾燥物を回収することができるので好ましい。 The dry solids and wet solids can be prepared by drying a cellulose nanofiber dispersion or a mixture of a cellulose nanofiber dispersion and a water-soluble polymer. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include spray drying, pressing, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Examples of drying equipment include continuous tunnel drying equipment, band drying equipment, vertical drying equipment, vertical turbo drying equipment, multistage disk drying equipment, ventilation drying equipment, rotary drying equipment, flash drying equipment, and spray dryer drying equipment. , spray drying equipment, cylinder drying equipment, drum drying equipment, screw conveyor drying equipment, rotary drying equipment with heating tubes, vibration transport drying equipment, etc., batch type box drying equipment, ventilation drying equipment, vacuum box drying equipment, or A stirring drying device and the like can be mentioned. These drying devices may be used alone or in combination of two or more. A drum dryer is preferable because it can directly and uniformly supply heat energy to the material to be dried, so that it has high energy efficiency and can immediately recover the dried material without applying excessive heat.
アニオン変性セルロースナノファイバーとゴム成分との混合比率は、後述するゴム組成物としたときの比率を達成できるように調整すればよいが、例えばゴム成分100.0質量部に対してアニオン変性セルロースナノファイバー(固形分)を0.1~100.0質量部とすることが好ましい。 The mixing ratio of the anion-modified cellulose nanofibers and the rubber component may be adjusted so as to achieve the ratio of the rubber composition described later. The fiber (solid content) is preferably 0.1 to 100.0 parts by mass.
(3-3)他の配合剤
工程3においては、ゴム成分とセルロースナノファイバーに加えて、他の配合剤を混合してもよい。他の配合剤としては、例えば、これらに限定されないが、補強剤(カーボンブラック、シリカ等)、シランカップリング剤、架橋剤(硫黄、過酸化物等)、加硫促進剤(酸化亜鉛、ステアリン酸、スルフェンアミド等)、加硫促進助剤、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤、しゃく解剤、着色剤、pH調整剤などゴム工業で使用され得る配合剤が挙げられる。加硫促進剤のスルフェンアミドとしては例えば、N-t-ブチル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミドが挙げられる。(3-3) Other compounding agents In step 3, in addition to the rubber component and cellulose nanofibers, other compounding agents may be mixed. Examples of other compounding agents include, but are not limited to, reinforcing agents (carbon black, silica, etc.), silane coupling agents, cross-linking agents (sulfur, peroxides, etc.), vulcanization accelerators (zinc oxide, stearin acids, sulfenamides, etc.), vulcanization accelerator aids, oils, cured resins, waxes, antioxidants, peptizers, colorants, pH adjusters, and other compounding agents that can be used in the rubber industry. Sulfenamides of vulcanization accelerators include, for example, Nt-butyl-2-benzothiazolesulfenamide.
硫黄を配合する場合、その配合量は、ゴム成分に対し1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましく、1.7質量%以上がさらに好ましい。上限は、10質量%以下が好ましく、7質量%以下が好ましく、5質量%以下が更に好ましい。 When sulfur is blended, the amount is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and even more preferably 1.7% by mass or more relative to the rubber component. The upper limit is preferably 10% by mass or less, preferably 7% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
加硫促進剤を配合する場合、その配合量は、ゴム成分に対し0.1質量%が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.4質量%以上がさらに好ましい。上限は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。 When blending a vulcanization accelerator, the blending amount is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.3% by mass or more, and even more preferably 0.4% by mass or more, relative to the rubber component. The upper limit is preferably 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.
(3-4)混合
上述のアニオン変性セルロースナノファイバー及びゴム成分と、必要に応じて上述の他の配合剤を混合することにより、マスターバッチを製造する。(3-4) Mixing A masterbatch is produced by mixing the anion-modified cellulose nanofibers and the rubber component described above with the other compounding agents described above, if necessary.
混合における材料添加の順序は、特に限定されず、各成分を一度に混合してもよいし、いずれかの材料を先に混合した後で残りの材料を混合してもよい。第1の例としては、アニオン変性セルロースナノファイバーとゴム成分を先に混合し、得られるマスターバッチにそれ以外の配合剤を混合する方法が挙げられる。具体的には例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体とゴム成分の分散液(ラテックス)を混合し(例:ミキサー等による撹拌)、水を除去し、得られた混合物に対し、他の配合剤を添加して混練り(例:オープンロール等の装置)する。これにより、ゴム成分中にアニオン変性セルロースナノファイバーを均一に分散させることができる。 The order of adding the ingredients in the mixing is not particularly limited, and each component may be mixed at once, or one of the ingredients may be mixed first, and then the remaining ingredients may be mixed. A first example is a method in which the anion-modified cellulose nanofibers and the rubber component are first mixed, and then the resulting masterbatch is mixed with other compounding agents. Specifically, for example, an anion-modified cellulose nanofiber dispersion and a rubber component dispersion (latex) are mixed (eg, stirred by a mixer or the like), water is removed, and the resulting mixture is added to other formulations. Add the agent and knead (eg, open roll device). Thereby, the anion-modified cellulose nanofibers can be uniformly dispersed in the rubber component.
第2の例としては、アニオン変性セルロースナノファイバー、ゴム成分、及び他の配合剤を一度に混合し、水を除去する方法が挙げられる。具体的には例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体、ゴム成分の分散液(ラテックス)、及び他の配合剤を混合し(例:ミキサー等による撹拌)、得られる混合物から水を除去する。これにより、いずれの成分をも均一に分散させることができる。 A second example is a method of mixing anion-modified cellulose nanofibers, a rubber component, and other ingredients at once and removing water. Specifically, for example, an anion-modified cellulose nanofiber dispersion, a rubber component dispersion (latex), and other compounding agents are mixed (eg, stirred by a mixer or the like), and water is removed from the resulting mixture. Thereby, any component can be uniformly dispersed.
混合物から水を除去する方法は、特に制限されず、例えば、オーブンなどの乾燥器で乾燥させる方法、pHを2~6に調整して凝固させて脱水及び乾燥する方法が挙げられる。 The method of removing water from the mixture is not particularly limited, and examples thereof include a method of drying in a dryer such as an oven, and a method of adjusting the pH to 2 to 6 to coagulate, then dehydrating and drying.
第3の例としては、ゴム成分に対しそれ以外の成分を任意の順番で添加し混合する方法が挙げられる。具体的には例えば、ゴム成分の固形物に対し、アニオン変性セルロースナノファイバーの固形物と他の配合剤を任意の順番で混合し、同様にオープンロール等の装置で混練りする。これにより、水を除去する工程を省略できる。 A third example is a method in which other components are added to the rubber component in any order and mixed. Specifically, for example, solids of anion-modified cellulose nanofibers and other compounding agents are mixed in an arbitrary order with solids of the rubber component, and the mixture is similarly kneaded with a device such as an open roll. Thereby, the step of removing water can be omitted.
素練り及び混練り装置としては例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、オープンロールなどが挙げられる。 Examples of masticating and kneading devices include Banbury mixers, kneaders, open rolls, and the like.
混合の際(例えば、素練り及び混練りの際)の温度は、常温程度(15~30℃程度)でもよいが、ゴム成分が架橋反応しない程度に高温で加熱してもよい。例えば140℃以下、より好ましくは120℃以下である。また下限は70℃以上、好ましくは80℃以上である。従って加熱温度は、80~140℃程度が好ましく、80~120℃程度がより好ましい。 The temperature during mixing (for example, during mastication and kneading) may be about room temperature (about 15 to 30° C.), or may be heated at a high temperature to the extent that the rubber component does not undergo a cross-linking reaction. For example, it is 140° C. or lower, more preferably 120° C. or lower. The lower limit is 70°C or higher, preferably 80°C or higher. Therefore, the heating temperature is preferably about 80 to 140°C, more preferably about 80 to 120°C.
混合終了後に、必要に応じて成形を行ってもよい。成形装置としては、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等が挙げられ、最終製品の形状、用途、成形方法に応じて適宜選択すればよい。 After completion of mixing, molding may be performed as necessary. Examples of the molding apparatus include mold molding, injection molding, extrusion molding, hollow molding, foam molding, and the like, and may be appropriately selected according to the final product shape, application, and molding method.
(3-5)マスターバッチ
上記の方法により、マスターバッチを製造することができる。マスターバッチとはゴムの前駆体であり、架橋することによりゴムとすることができる未架橋の状態のゴム成分を含む組成物をいう。本明細書において、マスターバッチは、少なくとも未架橋のゴム成分とアニオン変性セルロースナノファイバーを含むものであり、硫黄や加硫促進剤を含む他の配合剤については、添加されていてもよいし、添加される前の状態であってもよい。また、最終製品の形態に応じて成形されていてもよいし、成形される前の状態であってもよい。(3-5) Masterbatch A masterbatch can be produced by the method described above. A masterbatch is a rubber precursor and refers to a composition containing an uncrosslinked rubber component that can be crosslinked to form a rubber. In the present specification, the masterbatch contains at least an uncrosslinked rubber component and anion-modified cellulose nanofibers, and other compounding agents containing sulfur and vulcanization accelerators may be added, It may be in a state before being added. Moreover, it may be molded according to the form of the final product, or it may be in a state before being molded.
(4)ゴム組成物の製造
架橋剤を添加した状態のマスターバッチを用い、架橋を行うことにより、マスターバッチをゴム組成物へと変換することができる。(4) Manufacture of rubber composition The masterbatch can be converted into a rubber composition by cross-linking the masterbatch to which a cross-linking agent has been added.
(4-1)架橋
架橋は、架橋反応が進む条件で行えばよく、温度等の条件に特に制限は無い。一般的には、加熱温度は、140℃以上が好ましく、200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましい。従って、加熱温度は140~200℃程度が好ましく、140~180℃程度がより好ましい。架橋には、例えば、これらに限定されないが、型加硫、缶加硫、連続加硫等を行う加硫装置を使用できる。本発明のゴム組成物はセルロースナノファイバーを含まない組成物に比べて架橋反応が速やかに進行する傾向にある。この理由は限定されないが、セルロースナノファイバー中のカルボキシル基等の官能基が架橋反応を促進するためではないかと推察される。(4-1) Cross-linking Cross-linking may be carried out under conditions where the cross-linking reaction proceeds, and conditions such as temperature are not particularly limited. In general, the heating temperature is preferably 140° C. or higher, preferably 200° C. or lower, and more preferably 180° C. or lower. Therefore, the heating temperature is preferably about 140 to 200.degree. C., more preferably about 140 to 180.degree. For cross-linking, for example, but not limited to, a vulcanization apparatus that performs die vulcanization, can vulcanization, continuous vulcanization, and the like can be used. The rubber composition of the present invention tends to undergo a cross-linking reaction more rapidly than a composition containing no cellulose nanofibers. Although the reason for this is not limited, it is presumed that functional groups such as carboxyl groups in the cellulose nanofibers promote the cross-linking reaction.
架橋後、最終製品とする前に、必要に応じ仕上げ処理を行ってもよい。仕上げ処理としては例えば、研磨、表面処理、リップ仕上げ、リップ裁断、塩素処理などが挙げられ、これらの処理のうち1つのみを行ってもよいし2つ以上の組み合わせであってもよい。 After cross-linking, finishing treatment may be carried out, if necessary, before the final product is obtained. Finishing treatments include, for example, polishing, surface treatment, lip finishing, lip cutting, chlorine treatment, etc. Only one of these treatments may be performed, or two or more of them may be combined.
(4-2)ゴム組成物
本明細書において、ゴム組成物とは、上述のマスターバッチを架橋することにより得られる組成物をいう。ゴム組成物におけるアニオン変性セルロースナノファイバー(固形分)の含有量は、ゴム成分100.0質量部に対して0.1~100.0質量部であることが好ましい。引張強度の向上の観点からは、前記含有量はゴム成分100.0質量部に対して1.0質量部以上がより好ましく、2.0質量部以上がさらに好ましく、3.0質量部以上がよりさらに好ましい。当該量の上限は、50.0質量部以下がより好ましく、40.0質量部以下がさらに好ましく、30.0質量部以下がよりさらに好ましい。当該量により製造工程における加工性を保持することができる。(4-2) Rubber Composition As used herein, the term "rubber composition" refers to a composition obtained by crosslinking the masterbatch described above. The content of the anion-modified cellulose nanofiber (solid content) in the rubber composition is preferably 0.1 to 100.0 parts by mass with respect to 100.0 parts by mass of the rubber component. From the viewpoint of improving tensile strength, the content is more preferably 1.0 parts by mass or more, still more preferably 2.0 parts by mass or more, and 3.0 parts by mass or more with respect to 100.0 parts by mass of the rubber component. Even more preferable. The upper limit of the amount is more preferably 50.0 parts by mass or less, even more preferably 40.0 parts by mass or less, and even more preferably 30.0 parts by mass or less. This amount can maintain workability in the manufacturing process.
本発明のゴム組成物の用途は、特に制限されず、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器等;パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等;携帯電話等の移動通信機器等;携帯音楽再生機器、映像再生機器等のAV機器;印刷機器;複写機器;スポーツ用品;建築材;文具等の事務機器;容器、コンテナー等の梱包用品が挙げられる。これら以外であっても、ゴムや柔軟なプラスチックが用いられている部材への適用が可能であり、タイヤへの適用が好適である。タイヤとしては例えば、乗用車用、トラック用、バス用、重車両用などの空気入りタイヤが挙げられる。 Applications of the rubber composition of the present invention are not particularly limited, and examples include transportation equipment such as automobiles, trains, ships, and airplanes; electrical appliances such as personal computers, televisions, telephones, watches, etc.; mobile communication devices such as mobile phones. AV equipment such as portable music reproducing equipment and video reproducing equipment; printing equipment; copying equipment; sporting goods; building materials; Besides these, it can be applied to members using rubber or flexible plastic, and is suitable for application to tires. Examples of tires include pneumatic tires for passenger cars, trucks, buses, and heavy vehicles.
本発明により得られるゴム組成物は、セルロースナノファイバーを含有しないゴム組成物に比べて、高い機械強度を示す。また、ゴム成分に混合するセルロースナノファイバーとして、アニオン変性セルロースをキャビテーション噴流装置を用いて解繊したアニオン変性セルロースナノファイバーを用いることにより、マスターバッチ及びゴム組成物の製造工程において、消費電力量を低減させることができ、高い機械強度を有するゴム組成物をコスト的に有利に製造することができる。 The rubber composition obtained by the present invention exhibits higher mechanical strength than rubber compositions containing no cellulose nanofibers. In addition, by using anion-modified cellulose nanofibers obtained by defibrating anion-modified cellulose using a cavitation jet device as the cellulose nanofibers mixed with the rubber component, power consumption can be reduced in the production process of the masterbatch and the rubber composition. can be reduced, and a rubber composition having high mechanical strength can be produced cost-effectively.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
<製造例1:カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造(キャビテーション解繊)>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社製)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが5.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムが消費され系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.4mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1質量%(w/v)に調整し、キャビテーション噴流装置を用いて上流圧9MPa、下流圧0.4MPaにて、キャビテーション処理を1~24パス繰り返し行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。なお、キャビテーション処理におけるパス数は、以下の式を用いて算出した:
パス数=ノズル流量×処理時間/サンプル量<Production Example 1: Production of carboxylated cellulose nanofibers (cavitation fibrillation)>
5.00 g (bone dry) of bleached unbeaten kraft pulp (85% whiteness) derived from softwood, 39 mg (manufactured by Sigma Aldrich) of TEMPO (0.05 mmol relative to 1 g of bone dry cellulose) and 514 mg of sodium bromide ( 1.0 mmol per 1 g of absolute dry cellulose) was added to 500 mL of an aqueous solution and stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that sodium hypochlorite was 5.5 mmol/g, and an oxidation reaction was initiated at room temperature. The pH in the system decreased during the reaction, but was adjusted to pH 10 by successively adding 3M sodium hydroxide aqueous solution. The reaction was terminated when the sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain an oxidized pulp (carboxylated cellulose). At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.4 mmol/g. Water is added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1% by mass (w/v), and cavitation treatment is repeatedly performed for 1 to 24 passes using a cavitation jet device at an upstream pressure of 9 MPa and a downstream pressure of 0.4 MPa. A cellulose nanofiber dispersion was obtained. The number of passes in cavitation treatment was calculated using the following formula:
Number of passes = Nozzle flow rate x Processing time / Amount of sample
<製造例2>
次亜塩素酸ナトリウムを6.0mmol/gになるように添加して酸化反応を開始した以外は製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、ノズルの孔形状を調節したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.45MPaにて、キャビテーション処理を24パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は70%であった。<Production Example 2>
Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that sodium hypochlorite was added to 6.0 mmol/g to initiate the oxidation reaction. At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol/g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device (inside diameter of the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) with an adjusted nozzle hole shape was used to set the upstream pressure to 9 MPa and the downstream pressure to 0. 24 passes of cavitation treatment were performed at 45 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 70%.
<製造例3>
TEMPO(Sigma Aldrich社製)80mg(絶乾1gのセルロースに対し0.1mmol)と臭化ナトリウム800mg(絶乾1gのセルロースに対し1.47mmol)を溶解した水溶液500mLを用い、次亜塩素酸ナトリウムが8.6mmol/gになるように添加して酸化反応を開始した以外は製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は86%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.9mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.45MPaにて、キャビテーション処理を16パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は59%であった。<Production Example 3>
Using 500 mL of an aqueous solution in which 80 mg of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) (0.1 mmol relative to 1 g of absolute dry cellulose) and 800 mg of sodium bromide (1.47 mmol relative to 1 g of absolute dry cellulose) are dissolved, sodium hypochlorite An oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the oxidation reaction was initiated by adding so that the concentration of cellulose was 8.6 mmol/g. At this time, the pulp yield was 86%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.9 mmol/g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (the pipe inner diameter immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used, and the upstream pressure was 9 MPa, and the downstream pressure was 9 MPa. 16 passes of cavitation treatment were performed at a pressure of 0.45 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 59%.
<製造例4>
TEMPO(Sigma Aldrich社製)20mg(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)を用い、次亜塩素酸ナトリウムが2.2mmol/gになるように添加して酸化反応を開始した以外は製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は93%であり、酸化反応に要した時間は60分、カルボキシル基量は0.7mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.40MPaにて、キャビテーション処理を70パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は61%であった。<Production Example 4>
Production example except that 20 mg of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) (0.025 mmol with respect to 1 g of absolute dry cellulose) was used, and sodium hypochlorite was added so as to be 2.2 mmol / g to initiate the oxidation reaction. An oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in 1. At this time, the pulp yield was 93%, the time required for the oxidation reaction was 60 minutes, and the amount of carboxyl groups was 0.7 mmol/g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (the pipe inner diameter immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used, and the upstream pressure was 9 MPa, and the downstream pressure was 9 MPa. Cavitation treatment was performed 70 passes at a pressure of 0.40 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 61%.
<製造例5>
製造例2と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を2.5質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.40MPaにて、キャビテーション処理を63パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は62%であった。<Production Example 5>
An oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 2. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 2.5% by mass, and a cavitation jet apparatus equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (inside diameter of the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used. Cavitation treatment was performed 63 times at a pressure of 0.40 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 62%.
<製造例6>
製造例2と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.9cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.04MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は51%であった。<Production Example 6>
An oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 2. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (inside diameter of the pipe immediately after the nozzle was 2.9 cm) was used. Cavitation treatment was performed 30 passes at a pressure of 0.04 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 51%.
<製造例7>
製造例2と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.9cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.27MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は50%であった。<Production Example 7>
An oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 2. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (inside diameter of the pipe immediately after the nozzle was 2.9 cm) was used. Cavitation treatment was performed 30 passes at a pressure of 0.27 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 50%.
<製造例8>
上流圧9MPa、下流圧0.45MPa、ノズル直後の配管内直径が2.3cmとした以外は製造例6と同様にして、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は65%であった。<Production Example 8>
A carboxylated cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 6 except that the upstream pressure was 9 MPa, the downstream pressure was 0.45 MPa, and the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 65%.
<製造例9>
上流圧9MPa、下流圧0.63MPaとした以外は製造例8と同様にして、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は66%であった。<Production Example 9>
A carboxylated cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 8, except that the upstream pressure was 9 MPa and the downstream pressure was 0.63 MPa. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 66%.
<製造例10>
製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.54MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は60%であった。<Production Example 10>
An oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 1. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (the pipe inner diameter immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used, and the upstream pressure was 9 MPa, and the downstream pressure was 9 MPa. Cavitation treatment was performed 30 passes at a pressure of 0.54 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 60%.
<製造例11>
回転数を100rpmに調節した二軸ニーダーに、水130質量部と、水酸化ナトリウム20質量部を水100質量部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙(株)製、LBKP)を100℃60分間乾燥した際の乾燥質量で100質量部仕込んだ。30℃で90分間撹拌、混合しマーセル化セルロースを調製した。更に撹拌しつつイソプロパノール(IPA)230質量部と、モノクロロ酢酸ナトリウム60質量部を添加し、30分間撹拌した後、70℃に昇温して90分間カルボキシメチル化反応をさせた。反応終了後、中和、脱液、乾燥、粉砕して、カルボキシメチル置換度0.31、セルロースI型の結晶化度67%のカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.40MPaにて、キャビテーション処理を40パス行い、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は63%であった。<Production Example 11>
130 parts by mass of water and 20 parts by mass of sodium hydroxide dissolved in 100 parts by mass of water are added to a biaxial kneader whose rotation speed is adjusted to 100 rpm, and hardwood pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) is added. 100 parts by mass of the dry mass after drying at 100° C. for 60 minutes was charged. The mixture was stirred and mixed at 30°C for 90 minutes to prepare mercerized cellulose. Further, 230 parts by mass of isopropanol (IPA) and 60 parts by mass of sodium monochloroacetate were added with stirring, and after stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70° C. and carboxymethylation reaction was allowed to occur for 90 minutes. After completion of the reaction, the mixture was neutralized, deliquored, dried and pulverized to obtain a sodium salt of carboxymethylated cellulose having a degree of carboxymethyl substitution of 0.31 and a cellulose type I crystallinity of 67%. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (the pipe inner diameter immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used, and the upstream pressure was 9 MPa, and the downstream pressure was 9 MPa. Cavitation treatment was performed 40 passes at a pressure of 0.40 MPa to obtain a carboxymethylated cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 63%.
<製造例12>
リン酸二水素ナトリウム二水和物6.75g、リン酸水素二ナトリウム4.83gを19.62gの水に溶解させ、リン酸系化合物の水溶液(以下、「リン酸化試薬」という。)を得た。針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP、水分80%、JIS P8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)580ml)に、濃度が4質量%になるように水を加えた。その後、ダブルディスクリファイナーを用いて、変則CSF(平織り80メッシュ、パルプ採取量を0.3gとした以外はJIS P8121に準ずる)が200ml、長さ平均繊維長が0.66mmになるまで叩解した。これにより得たセルロース懸濁液を0.3%に希釈し、含水率90%、固形分(絶乾質量)3gのパルプシート(厚み200μm)を抄紙法で得た。このパルプシートを前記リン酸化試薬31.2g(乾燥パルプ100質量部に対してリン元素量として80質量部)に浸漬させ、105℃の送風乾燥機(ヤマト科学株式会社 DKM400)で1時間加熱後、さらに150℃で1時間加熱処理して、セルロース繊維にリン酸基を導入した。次いで、セルロース繊維にリン酸基を導入したパルプシートに500mlのイオン交換水を加え、攪拌洗浄後、脱水した。脱水後のシートを300mlのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液5mlを少しずつ添加し、pHが12~13のセルロース懸濁液を得た。その後、このセルロース懸濁液を脱水し、500mlのイオン交換水を加えて洗浄を行った。この脱水洗浄をさらに2回繰り返した。この時のリン酸基置換度は0.34であった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.4MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、リン酸エステル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は61%であった。<Production Example 12>
6.75 g of sodium dihydrogen phosphate dihydrate and 4.83 g of disodium hydrogen phosphate were dissolved in 19.62 g of water to obtain an aqueous solution of a phosphoric acid compound (hereinafter referred to as "phosphorylation reagent"). rice field. Water was added to unbleached softwood kraft pulp (NUKP, water content 80%, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P8121, 580 ml) so that the concentration was 4% by mass. After that, using a double disc refiner, the material was beaten to 200 ml of irregular CSF (plain weave 80 mesh, conforming to JIS P8121 except that the amount of pulp collected was 0.3 g) and the length average fiber length to 0.66 mm. The cellulose suspension thus obtained was diluted to 0.3%, and a pulp sheet (thickness: 200 µm) having a moisture content of 90% and a solid content (absolute dry mass) of 3 g was obtained by a papermaking method. This pulp sheet is immersed in 31.2 g of the phosphorylation reagent (80 parts by mass as the elemental amount of phosphorus with respect to 100 parts by mass of dry pulp), and after heating for 1 hour with a blower dryer (DKM400, Yamato Scientific Co., Ltd.) at 105 ° C. , and further heat-treated at 150°C for 1 hour to introduce phosphate groups into the cellulose fibers. Next, 500 ml of ion-exchanged water was added to the pulp sheet in which the phosphate group was introduced into the cellulose fiber, and after stirring and washing, dehydration was performed. The sheet after dehydration was diluted with 300 ml of deionized water, and 5 ml of 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a cellulose suspension having a pH of 12-13. Thereafter, this cellulose suspension was dehydrated and washed by adding 500 ml of deionized water. This dehydration wash was repeated two more times. The degree of phosphate group substitution at this time was 0.34. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (the pipe inner diameter immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used, and the upstream pressure was 9 MPa, and the downstream pressure was 9 MPa. Cavitation treatment was performed 30 passes at a pressure of 0.4 MPa to obtain a phosphate-esterified cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 61%.
<製造例13:カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造(高圧ホモジナイザー解繊)>
製造例1と同様にして得られた反応混合物(カルボキシル化セルロース)に水を加えて濃度を1.0質量%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で1~3パス処理して、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。<Production Example 13: Production of carboxylated cellulose nanofibers (high-pressure homogenizer fibrillation)>
Water was added to the reaction mixture (carboxylated cellulose) obtained in the same manner as in Production Example 1 to adjust the concentration to 1.0% by mass (w/v), and the mixture was homogenized with an ultrahigh pressure homogenizer (20°C, 150Mpa) from 1 to After three passes, a carboxylated cellulose nanofiber dispersion was obtained.
<製造例14:カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造(高圧ホモジナイザー解繊)>
製造例4と同様にして得られた反応混合物(カルボキシル化セルロース)に水を加えて濃度を1.0質量%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で5パス処理して、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。<Production Example 14: Production of carboxylated cellulose nanofibers (high-pressure homogenizer fibrillation)>
Water was added to the reaction mixture (carboxylated cellulose) obtained in the same manner as in Production Example 4 to adjust the concentration to 1.0% by mass (w/v), and the mixture was passed through an ultrahigh pressure homogenizer (20°C, 150 MPa) for 5 passes. processed to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion.
<実施例1>
上記の製造例1のセルロースナノファイバーの1.0質量%水分散体と、天然ゴムラテックス(商品名:HAラテックス、レヂテックス社、固形分濃度61.5質量%)とを混合した。天然ゴムラテックス(絶乾固形分)とセルロースナノファイバー(絶乾固形分)との混合比は、天然ゴムラテックスを100質量部とした場合、セルロースナノファイバーが5.0質量部であった。これらをTKホモミキサー(8000rpm)で30分間撹拌して混合物を得た。この混合物を、70℃の加熱オーブン中で15時間乾燥させた。<Example 1>
A 1.0% by mass aqueous dispersion of the cellulose nanofibers of Production Example 1 above was mixed with natural rubber latex (trade name: HA Latex, Resitex, solid content concentration: 61.5% by mass). The mixing ratio of natural rubber latex (bone dry solids) and cellulose nanofibers (bone dry solids) was 5.0 parts by mass of cellulose nanofibers per 100 parts by mass of natural rubber latex. These were stirred with a TK homomixer (8000 rpm) for 30 minutes to obtain a mixture. The mixture was dried in a heating oven at 70°C for 15 hours.
得られた混合物に対し、酸化亜鉛、ステアリン酸を混合物中のゴム成分に対しそれぞれ6.0質量%、0.5質量%混合し、オープンロール(関西ロール株式会社製)にて、30℃で10分間混練することによって混練物を得た。この混練物に対し、硫黄および加硫促進剤(BBS、N-t-ブチル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド)を、混練物中のゴム成分に対しそれぞれ3.5質量%、0.7質量%加え、オープンロール(関西ロール株式会社製)を用い、30℃で10分間混練して、未架橋ゴム組成物(マスターバッチ)のシートを得た。得られた未架橋ゴム組成物のシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレスすることにより、厚さ2mmの架橋ゴムシートを得た。 The obtained mixture was mixed with 6.0% by mass of zinc oxide and 0.5% by mass of stearic acid relative to the rubber component in the mixture, respectively, and rolled at 30°C with an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.). A kneaded product was obtained by kneading for 10 minutes. To this kneaded product, sulfur and a vulcanization accelerator (BBS, Nt-butyl-2-benzothiazolesulfenamide) were added at 3.5% by mass and 0.7% by mass, respectively, based on the rubber component in the kneaded product. % and kneaded at 30° C. for 10 minutes using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.) to obtain a sheet of an uncrosslinked rubber composition (masterbatch). The sheet of the uncrosslinked rubber composition thus obtained was sandwiched between molds and pressed at 150° C. for 15 minutes to obtain a crosslinked rubber sheet with a thickness of 2 mm.
得られた架橋ゴムシートを、所定の形状の試験片(ダンベル状3号形)に裁断し、JIS K6251「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム-引張特性の求め方」に従い、引張強度を示すものとして、50%ひずみ時(M50)、100%ひずみ時(M100)、および300%ひずみ時(M300)における応力、ならびに破断強度をそれぞれ測定した。各々の数値が大きい程、架橋ゴム組成物が良好に補強されており、機械強度に優れることを示す。 The obtained crosslinked rubber sheet was cut into test pieces of a predetermined shape (dumbbell-shaped No. 3), and measured according to JIS K6251 "Vulcanized rubber and thermoplastic rubber - Determination of tensile properties" as a measure of tensile strength. , stress at 50% strain (M50), 100% strain (M100) and 300% strain (M300), and breaking strength were measured, respectively. A larger value indicates that the crosslinked rubber composition is better reinforced and has better mechanical strength.
<実施例2~12>
製造例1のセルロースナノファイバーの代わりに、それぞれ製造例2~12のセルロースナノファイバーを用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2~12の架橋ゴムシートを得た。<Examples 2 to 12>
Crosslinked rubber sheets of Examples 2 to 12 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the cellulose nanofibers of Production Examples 2 to 12 were used instead of the cellulose nanofibers of Production Example 1.
<比較例1>
セルロースナノファイバーを混合しない以外は実施例1と同様にして、比較例1の架橋ゴムシートを得た。<Comparative Example 1>
A crosslinked rubber sheet of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the cellulose nanofibers were not mixed.
<参考例1、2>
製造例13または14のセルロースナノファイバーを用いた以外は実施例1と同様にして、参考例1及び2の架橋ゴムシートをそれぞれ得た。<Reference Examples 1 and 2>
Crosslinked rubber sheets of Reference Examples 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the cellulose nanofibers of Production Examples 13 and 14 were used.
実施例1~12、比較例1、ならびに参考例1及び2の架橋ゴムシートの50%ひずみ時(M50)、100%ひずみ時(M100)、および300%ひずみ時(M300)における応力、ならびに破断強度を表1に示す。 Stress at 50% strain (M50), 100% strain (M100), and 300% strain (M300) of the crosslinked rubber sheets of Examples 1 to 12, Comparative Example 1, and Reference Examples 1 and 2, and rupture Table 1 shows the strength.
また、製造例1~14において、アニオン変性セルロースからアニオン変性セルロースナノファイバーへと解繊を行う際に解繊装置により消費された電力量と、得られたアニオン変性セルロースナノファイバーを水を分散媒とする分散体(固形分濃度1.0質量%)とした際の粘度と、同分散体の透明度を、表1に示す。粘度及び透明度の測定方法は、以下の通りである。 Further, in Production Examples 1 to 14, the amount of electric power consumed by the defibration device when defibrating anion-modified cellulose into anion-modified cellulose nanofibers, and the dispersion medium of water for the obtained anion-modified cellulose nanofibers. Table 1 shows the viscosity and the transparency of the dispersion (solid concentration: 1.0% by mass). The methods for measuring viscosity and transparency are as follows.
<粘度の測定>
ガラスビーカーに、アニオン変性セルロースナノファイバーの固形分濃度が1.0質量%となるように水分散体300gを調製する。水分散体を25℃とし、JIS-Z-8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、回転数60rpmまたは6rpmで3分後の粘度を測定する。<Measurement of viscosity>
300 g of an aqueous dispersion is prepared in a glass beaker so that the solid content concentration of anion-modified cellulose nanofibers is 1.0% by mass. The water dispersion is heated to 25° C., and according to the method of JIS-Z-8803, a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) is used to measure the viscosity after 3 minutes at a rotation speed of 60 rpm or 6 rpm.
<透明度の測定>
固形分濃度を1.0質量%となるようにアニオン変性セルロースナノファイバー水分散体を調製後、UV-VIS分光光度計 UV-1800(株式会社島津製作所製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて、660nm 光の透過率(%)を測定し、透明度とする。<Measurement of transparency>
After preparing an anion-modified cellulose nanofiber aqueous dispersion so that the solid content concentration is 1.0% by mass, a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) is used to obtain a square shape with an optical path length of 10 mm. Using a cell, the transmittance (%) of 660 nm light is measured and defined as transparency.
表1の結果より、実施例1~12で得られたゴム組成物は、比較例1のアニオン変性セルロースナノファイバーを含有しないゴム組成物に比べて、有意に高い機械強度を示すことがわかる。 From the results in Table 1, it can be seen that the rubber compositions obtained in Examples 1 to 12 exhibit significantly higher mechanical strength than the rubber composition of Comparative Example 1 that does not contain anion-modified cellulose nanofibers.
また、実施例1~3、5~10のカルボキシル化セルロースナノファイバー製造時にキャビテーション噴流装置を用いる方法では、参考例1の超高圧ホモジナイザーを用いる方法に比べて、少ない消費電力量で、同等以上の機械強度を示すゴム組成物を製造できることがわかる。また、実施例4のカルボキシル化セルロースナノファイバー製造時にキャビテーション噴流装置を用いる方法では、参考例2の超高圧ホモジナイザーを用いる方法に比べて、少ない消費電力量で、同等以上の機械強度を示すゴム組成物を製造できることがわかる。また、実施例11のカルボキシメチル化セルロースナノファイバーと、実施例12のリン酸エステル化セルロースナノファイバーも、キャビテーション噴流装置を用いて、少ない消費電力量で、機械強度の高いセルロースナノファイバーを製造することができることがわかる。 In addition, in the methods of Examples 1 to 3 and 5 to 10 using a cavitation jet device during the production of carboxylated cellulose nanofibers, compared to the method of Reference Example 1 using an ultra-high pressure homogenizer, the amount of power consumption is less than that of the method using an ultrahigh pressure homogenizer. It can be seen that a rubber composition exhibiting mechanical strength can be produced. In addition, in the method using a cavitation jet device during the production of carboxylated cellulose nanofibers in Example 4, compared to the method using an ultra-high pressure homogenizer in Reference Example 2, the rubber composition exhibits mechanical strength equal to or greater than that with less power consumption. You know you can make things. In addition, the carboxymethylated cellulose nanofiber of Example 11 and the phosphate esterified cellulose nanofiber of Example 12 are also produced using a cavitation jet apparatus to produce cellulose nanofibers with low power consumption and high mechanical strength. know that it can be done.
また、実施例1~3、5~10の方法では、参考例1の方法に比べて、少ない消費電力量で、透明度が高く、粘度が高いアニオン変性セルロースナノファイバーを製造することができることがわかる。また、実施例4の方法では、参考例2の方法に比べて、少ない消費電力量で、同等の透明度を有し、粘度が高いアニオン変性セルロースナノファイバーを製造できることがわかる。また、実施例11のカルボキシメチル化セルロースナノファイバーと、実施例12のリン酸エステル化セルロースナノファイバーも、キャビテーション噴流装置を用いて、少ない消費電力量で、透明度が高く、粘度が高いセルロースナノファイバーを製造することができることがわかる。アニオン変性セルロースナノファイバーの透明度が高いことは、解繊が均質に進んだことを示しており、ゴム成分と混合してゴム組成物とした際に、破断の起点になるおそれのある未解繊の大きい繊維が少ないことを示す。また、粘度が高いことは、繊維の損傷が少ないことを示す。このような透明度が高く粘度が高いアニオン変性セルロースナノファイバーを低い消費電力量で製造できることは、マスターバッチおよびゴム組成物の製造において、低コストで破断のしにくい製品を製造できることにつながるため、有利であるといえる。 In addition, it can be seen that the methods of Examples 1 to 3 and 5 to 10 can produce anion-modified cellulose nanofibers with high transparency and high viscosity with less power consumption than the method of Reference Example 1. . In addition, it can be seen that the method of Example 4 can produce anion-modified cellulose nanofibers having the same degree of transparency and high viscosity with less power consumption than the method of Reference Example 2. In addition, the carboxymethylated cellulose nanofiber of Example 11 and the phosphate-esterified cellulose nanofiber of Example 12 were also produced using a cavitation jet device, with low power consumption, high transparency, and high viscosity cellulose nanofibers. can be produced. The high transparency of the anion-modified cellulose nanofibers indicates that the defibration progressed uniformly. This indicates that there are few fibers with large . Higher viscosity also indicates less fiber damage. The ability to produce such highly transparent and highly viscous anion-modified cellulose nanofibers with low power consumption is advantageous in the production of masterbatches and rubber compositions because it leads to the production of products that are less likely to break at low cost. You can say that.
Claims (9)
キャビテーション噴流装置を用いてアニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを製造する工程2、及び
工程2で得られたアニオン変性セルロースナノファイバーをゴム成分と混合してマスターバッチを得る工程3、
を含む、マスターバッチの製造方法。 Step 1 of preparing anion-modified cellulose,
Step 2 of defibrating anion-modified cellulose to produce anion-modified cellulose nanofibers using a cavitation jet device, and Step 3 of mixing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in step 2 with a rubber component to obtain a masterbatch. ,
A method of manufacturing a masterbatch, comprising:
前記マスターバッチを架橋する工程
を含む、ゴム組成物の製造方法。 A method for producing a rubber composition, comprising a step of producing a masterbatch by the method according to any one of claims 1 to 8 , and a step of cross-linking the masterbatch.
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| CN114953547B (en) * | 2022-05-20 | 2024-08-09 | 广西科学院 | A method for vulcanizing tires by heating bladders using microwaves |
| JPWO2024009850A1 (en) * | 2022-07-07 | 2024-01-11 | ||
| CN120399594B (en) * | 2025-07-03 | 2025-09-02 | 衡阳明意湖新材料科技有限公司 | Protective film for mobile phone screen and preparation method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009228186A (en) | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Nippon Paper Industries Co Ltd | Method for treating pulp |
| JP2011006609A (en) | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Daicel Chemical Industries Ltd | Microcellulose-based fiber-containing resin composition and method for producing the same |
| WO2017110944A1 (en) | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 日本製紙株式会社 | Masterbatch, rubber composition, and methods for producing masterbatch and rubber composition |
| WO2018199191A1 (en) | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 日本製紙株式会社 | Masterbatch, rubber composition, and production methods for both |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6143187B2 (en) * | 2012-12-25 | 2017-06-07 | 三菱ケミカル株式会社 | Cellulose nanofiber-containing rubber masterbatch |
| JP6951844B2 (en) * | 2017-02-01 | 2021-10-20 | 日本製紙株式会社 | Masterbatch manufacturing method |
| JP6744241B2 (en) * | 2017-03-03 | 2020-08-19 | 日本製紙株式会社 | Inhibition of dissolution of composite fiber of magnesium carbonate and fiber |
-
2019
- 2019-11-14 JP JP2020556166A patent/JP7324225B2/en active Active
- 2019-11-14 WO PCT/JP2019/044698 patent/WO2020100979A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009228186A (en) | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Nippon Paper Industries Co Ltd | Method for treating pulp |
| JP2011006609A (en) | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Daicel Chemical Industries Ltd | Microcellulose-based fiber-containing resin composition and method for producing the same |
| WO2017110944A1 (en) | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 日本製紙株式会社 | Masterbatch, rubber composition, and methods for producing masterbatch and rubber composition |
| WO2018199191A1 (en) | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 日本製紙株式会社 | Masterbatch, rubber composition, and production methods for both |
Also Published As
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